[发明专利]碳化硅温度传感器及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体器件以及半导体工艺技术领域，尤其是涉及一种碳化硅温度传感器及其制造方法。

背景技术

温度传感器是应用最广的传感器之一，从家电、汽车电子、电力电子领域直至航天、地质、资源领域等，都需要具有温度传感功能的器件。传统的温度传感器类型有热电偶、热敏电阻、电阻温度检测器和半导体温度传感器等。

在众多的传感器类型中，半导体温度传感器具有灵敏度高、体积小、功耗低、时间常数小、抗干扰能力强、易集成等诸多优点，而成为温度传感器中的首选。但由于材料特性的限制，传统的半导体材料制作的温度传感器不能在高温下工作，例如Si温度传感器有效测温范围为0～150℃；而随着科学技术的发展，越来越多的领域如航天、航空、军事、石油勘探、核能、通讯等，微电子器件和电路需要工作在250℃～600℃的高温环境下。这时传统的硅基温度传感器已不能胜任。寻找一种新型的、能满足高温恶劣环境工作的具有独特的物理性质和电学性质的半导体材料已经成为半导体领域的一个热点。近年来，第三代半导体材料中的一种材料——碳化硅（SiC）发展迅猛，成为高温电子领域的研究热点。

碳化硅（Silicon Carbide，简称SiC）是一种目前发展较为成熟的宽带隙半导体材料，以其良好的物理和电学性能成为继Si和GaAs之后新一代微电子器件和电路的半导体材料。与Si和GaAs为代表的传统半导体材料相比，SiC具有宽带隙、高击穿场强、高热导率等优点，其优越的性能可以满足现代电子技术对高温抗辐射和高频大功率的要求。

在众多的SiC器件中，SiC SBD是目前最成熟且已经商用的SiC器件，具有工艺简单、高温特性好、可靠性高等优点，是用作温度传感器最理想的SiC器件。基于SiC SBD的温度传感器测量温度可达500℃，比普通的Si基传感器提高了近3倍。而且SiC肖特基势垒二极管作为一种有源半导体器件，很容易集成到电路中；尤其是可以直接集成在即将有广泛应用的SiC器件和集成电路上。不但可以既节约了电路成本，又不会增加电路的封装尺寸，在航空航天、化学工业、矿物开采加工等领域有着广泛的应用前景。

SiC高温温度传感器的基本原理是SiC SBD的正向压降与器件温度变化之间存在线性关系。SiC SBD的正向I-V特性符合热电子发射理论，即：

I=IS[exp(qVnkT)-1]---(1)]]>

其中是反向饱和电流，n是理想因子，φ_B是肖特基势垒高度，A^*是Richardson常数，A是器件面积。

当器件通过的电流恒定时，两边对温度求导，可得：

由此得出，在一定温度范围内，只要热电子发射理论成立，器件正向压降与温度变化之间存在线性关系。通过对正向压降的测试和换算，即可获得传感器所处环境的温度。

虽然SiC SBD温度传感器已经有了一些报道并显示了其部分的优越性，但是SiC高温温度传感器要想在高温电子领域广泛应用，还有一些问题需要解决：

（1）高温工作时，SiC器件的体电阻会随温度变化而变化，使得V-T特性不再按照线性规律变化，从而影响了温度传感器的线性度；

（2）目前现有技术中的碳化硅温度传感器大多是纵向结构，使得温度传感器的体积难以减小，且难于集成。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种横向结构、体积小、设计新颖合理、线性度好、工作可靠性高的碳化硅温度传感器。