[发明专利]一种基于镓铟锡液态金属的相变开关

说明书

本发明一种基于镓铟锡液态金属的相变开关，包括控制层、镓铟锡合金、封装层，封装层呈半开口腔体结构，封装层与控制层形成闭合腔体，镓铟锡合金以真空的方式封装在闭合腔体内；在常温下时，镓铟锡合金为液态，此时，其具有良好的导电性、耐高压与耐大电流特性，开关呈导通状态；在高温下时，镓铟锡合金为气态，此时，其具有良好的电绝缘性，开关呈断开状态；通过加热盘来控制环境温度，从而实现镓铟锡金属的相变，并最终实现对开关状态的控制；整体器件通过集成电路工艺制作，有效的实现了器件的小型化。本发明的相变开关还具有微型化、集成化、响应快速化、耐高压、耐大电流的特点。

技术领域

本发明属于微电子开关技术领域，具体涉及一种基于镓铟锡液态金属的相变开关。

背景技术

开关通常指可以使电路开路、使电流中断或使其流到其他电路的电子元件。最常见的开关主要包括机械开关、光电开关以及电磁开关(电磁继电器)等。随着微纳技术的广泛应用，微电子线路的开关正向着集成化、微型化以及高速化方向发展。

现有的机械式开关以及电磁开关通常是利用金属触点之间的紧密接触来实现电路的导通，该种方式使开关具备耐高压与耐大电流的特征，但器件在其响应快速化与结构微型化方面无法实现突破。光电开关是利用发射端的光强变化来控制接收端电路开闭的器件，与金属接触的方式相比，光电开关的响应速度可以达到微秒级别。此外，由于采用集成电路的制备工艺，光电开关可以直接集成在微电子线路里面，易于实现系统的小型化。然而，受到硅材料的限制，光电开关所允许的导通电流通常在几百毫安，无法实现对高电压以及大电流(几安或几十安)的有效控制。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于镓铟锡液态金属的相变开关，能够实现微电子线路开关耐高压、耐大电流的特性。

本发明所采用的技术方案是，一种基于镓铟锡液态金属的相变开关，包括控制层、镓铟锡合金、封装层，封装层呈半开口腔体结构，封装层与控制层形成闭合腔体，镓铟锡合金以真空的方式封装在闭合腔体内。

本发明的特点还在于：

控制层包括与封装层连接的开关区，还包括绝缘层，绝缘层通过化学沉积的方式连接于开关区底部，绝缘层底部连接冷热区，开关区端部穿过绝缘层连接冷热区。

冷热区包括硅衬底，硅衬底边缘等间距依次内嵌正控制实心柱、负控制实心柱、正开关实心柱、负开关实心柱，正开关实心柱一端连接正开关焊盘，负开关实心柱位于与正开关实心柱同一端连接负开关焊盘，正控制实心柱在远离负开关焊盘的一端依次连接铜电热丝、负控制实心柱，正开关实心柱、负开关实心柱均穿过绝缘层连接开关区。

硅衬底内远离铜电热丝一侧向中心位置开设绝热腔。

铜电热丝呈折线结构。

正控制实心柱、负控制实心柱、正开关实心柱、负开关实心柱侧壁均包覆有二氧化硅绝缘层。

开关区包括连接在绝缘层上远离冷热区一面中部的正开关电极、负开关电极，绝缘层上远离冷热区一面边缘还连接下金属键合层，下金属键合层连接封装层，绝缘层上靠近正开关电极开设正连接通道，靠近负开关电极开设负连接通道，正开关电极通过正连接通道连接正开关实心柱，负开关电极通过负连接通道连接负开关实心柱。

镓铟锡合金为金属镓、金属铟以及金属锡以质量比为68:22:10形成的共熔合金，在常温下呈液滴状。

封装层包括衬底，衬底中部开设封装腔，衬底在封装腔开口的端部连接上金属键合层，上金属键合层连接控制层。

上金属键合层厚度为1-3um。

本发明一种基于镓铟锡液态金属的相变开关有益效果是：