Tenzoresistors based on silicon and SI/CAF2/SI on sapphire structures

Abstract

В работе представлены результаты исследования параметров тензорезисторов, изготов-ленных на структурах «кремний на изоляторе» (КНИ): Si/CaF 2 /Si и «кремний на сапфире» (КНС). Структуры КНС были промышленного производства, а слои Si/CaF 2 выращены на подложках Si(100) методом молекулярно-лучевой эпитаксии в замкнутом технологическом цикле. Тензорезисторы в обоих случаях имели одинаковую толщину и топологию, а их легирование проводилось методом ионной имплантации бором с одинаковыми дозами и энергией. Для активации атомов примеси и устранения радиационных дефектов в эпитак-сиальном слое кремния обеих структур был применен быстрый термический отжиг. Впер-вые показана возможность изготовления кремниевых тензорезисторов на нанометровых структурах Si/CaF 2 . Экспериментальные зависимости сопротивления от приложенной нагрузки носят линейный характер и качественно совпадают с расчетными зависимостями. При одинаковых параметрах тензорезисторов качество слоев Si на CaF 2 /Si и их стоимость существенно ниже, чем КНС.Ключевые слова: тензорезистор, датчики давления, молекулярно-лучевая эпитаксия, CaF 2 , кремний на сапфире, кремний на изоляторе. DOI: 10.17212/1727DOI: 10.17212/ -2769DOI: 10.17212/ -2018 Введение Современные технические системы отличаются широким использованием раз-личных датчиков, применение которых позволяет управлять свойствами и пове-дением систем методами автоматизированного регулирования.Одним из наиболее распространенных типов датчиков являются датчики дав-ления. В большинстве из них используется тензорезистивный принцип преобра-зования благодаря его высокой точности и относительно простой технической реализации. Принцип работы интегральных тензопреобразователей основан на зависимости сопротивления тензорезистора от приложенной нагрузки. При этом важным является проблема электрической изоляции схемных элементов, отсут-ствие токов утечки и механических напряжений в исходной структуре.Важнейшими характеристиками тензорезисторов являются высокие радиаци-онная стойкость и рабочие температуры. Использование структур «кремний на изоляторе» (КНИ) позволяет решить эти проблемы. Преобразователи, основанные на КНИ структурах, отличаются существенно более высокой стойкостью к внеш-ним воздействиям, большей надежностью, меньшей потребляемой мощностью по сравнению с преобразователями, выполненными в монолитном кремнии, также на их основе можно реализовать схему обработки с максимально возможной плот-Исследование выполнено в рамках государственного задания № 16.4643.2017/7.8.

Manufacturing Technology of Pressure Sensor’s Sensitive Elements Based on “Sapphire – Viterious Dielectric – Ceramic” Junction

“…Далее осаждается слой поликристаллического кремния методом высокочастотного распыления [9][10][11][12][13][14][15] с последующим проведением фотолитографии для формирования тензорезисторов. Травление слоев поликристаллического кремния методом избирательного анизотропного травления необходимо для последующего формирования контактов к резисторам [16].…”