本發(fā)明涉及測量壓力的裝置技術領域，尤其涉及一種壓力傳感器及其制備方法。

背景技術：

壓力傳感器是一種可以把壓力信轉換成可以直觀獲取的電信號的換能器，被廣泛應用于生活的方方面面。目前半導體壓力傳感器主要是基于Si材料，而Si材料自身特性決定了其很難工作于高溫、強輻照等復雜惡劣環(huán)境。

GaN是一種寬禁帶半導體材料，具有電子濃度高，電子遷移率高，耐高溫，抗輻照能力強等諸多優(yōu)點。因此，GaN基壓力傳感器可以工作于極端復雜的環(huán)境。GaN材料體系的自發(fā)極化以及壓電極化效應會在材料界面處形成高濃度的二維電子氣(2DEG)，其濃度及遷移率對于外部因素，尤其柵電極偏壓的改變反應靈敏，直接影響器件的輸出特性。

目前，國際上關于GaN基壓力傳感器的研究主要是采用薄膜結構，即通過襯底背面刻蝕使器件的有源區(qū)形成薄膜，薄膜形變會改變極化效應，進而改變輸出特性，實現(xiàn)壓力信號傳感。然而襯底材料（如藍寶石、SiC等）刻蝕工藝難度大，加工成本高，目前來講很難獲得廣泛運用。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種壓力傳感器及其制備方法，所述傳感器通過采用GaN作為襯底，不需要進行襯底腔體刻蝕，以及后續(xù)的晶圓鍵合工藝，可以大大簡化加工工藝，降低成本。

為解決上述技術問題，本發(fā)明所采取的技術方案是：一種壓力傳感器，其特征在于：包括GaN層，所述GaN層的上表面設有勢壘層，所述勢壘層以外的漏源區(qū)域分別設有漏電極和源電極，所述勢壘層的上表面設有介質層，部分所述介質層的上表面設有壓電材料層。

優(yōu)選的，所述勢壘層的制作材料為In_xAl_yGa_1-x-yN，其中0≦x≦1，0≦y≦1。

優(yōu)選的，所述漏電極和源電極包括Ti層、Al層、Ni層、Pt層和/或Au層。

優(yōu)選的，所述介質層的制作材料為SiN、Al₂O₃、SiO₂或HfO₂。

優(yōu)選的，所述壓電材料層為壓電陶瓷、壓電晶體或有機壓電材料。

相應的，本發(fā)明還公開了一種壓力傳感器制備方法，其特征在于，所述方法包括如下步驟：

在GaN層的上表面形成勢壘層；

對所述勢壘層進行處理，使其與所述GaN層形成凸臺結構；

在所述凸臺結構的上表面第一次涂光刻膠，對器件的源極區(qū)域和漏極區(qū)域的光刻膠進行曝光處理，根據(jù)光刻膠選取顯影液進行顯影，顯影后無光刻膠區(qū)域即為源極區(qū)域和漏極區(qū)域，源極區(qū)域和漏極區(qū)域以外剩下未曝光的光刻膠；

在上述器件的上表面形成金屬層，采用與未曝光的光刻膠相應的有機溶劑對相應位置的金屬層進行剝離，并根據(jù)光刻膠特性選擇是否進行加熱，未曝光區(qū)域的光刻膠溶解后，即剩下源漏曝光區(qū)域覆蓋金屬；

根據(jù)金屬層的不同結構，選取不同的退火溫度及退火時間，利用快速退火設備，對上述器件進行快速高溫退火，退火后在漏極區(qū)域和源極區(qū)域形成漏電極和源電極；

在上述器件的上表面沉積一層介質，在介質層的上表面第二次涂光刻膠，對漏源區(qū)域進行光刻、顯影，并對介質層進行刻蝕，使源漏電極被暴露出來；

在漏源電極之間的介質層上表面形成一層壓電材料，作為器件的柵電極，完成壓力傳感器的制備。

優(yōu)選的，所述的第一次涂抹的光刻膠根據(jù)需要為單層或兩層以上，采用接觸式曝光機，或者電子束曝光機對器件源漏區(qū)域進行曝光。

優(yōu)選的，通過等離子增強化學氣相沉積、低壓化學氣相沉積或原子層沉積法形成所述介質層。

優(yōu)選的，根據(jù)不同介質層，選擇反應離子刻蝕、感應耦合等離子刻蝕或濕法腐蝕對介質層進行刻蝕。

優(yōu)選的，第二次曝光采用接觸式曝光對源漏電極區(qū)域進行光刻。

采用上述技術方案所產生的有益效果在于：所述傳感器通過采用GaN作為襯底，不需要進行襯底腔體刻蝕，以及后續(xù)的晶圓鍵合工藝，可以大大簡化加工工藝，降低成本，并可以通過選取不同壓電特性的壓電材料作為柵電極，制作不同靈敏度、不同測量量程的傳感器器件，擴大其應用范圍。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實施例所述方法的流程圖；

圖2-9是本發(fā)明實施例所述傳感器的過程器件結構示意圖；

圖10是本發(fā)明實施例所述傳感器的結構示意圖；

其中：100、勢壘層101、GaN層102、光刻膠103、金屬層104、漏電極105、介質層106、壓電材料層107、源電極。

具體實施方式

下面結合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明的一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

在下面的描述中闡述了很多具體細節(jié)以便于充分理解本發(fā)明，但是本發(fā)明還可以采用其他不同于在此描述的其它方式來實施，本領域技術人員可以在不違背本發(fā)明內涵的情況下做類似推廣，因此本發(fā)明不受下面公開的具體實施例的限制。

如圖10所示，本發(fā)明實施例公開了一種壓力傳感器，包括GaN層101，所述GaN層101的上表面設有勢壘層100，所述勢壘層100以外的漏源區(qū)域分別設有漏電極104和源電極107，所述勢壘層100的上表面設有介質層105，部分所述介質層105的上表面設有壓電材料層106。

所述傳感器通過采用GaN作為襯底，不需要進行襯底腔體刻蝕，以及后續(xù)的晶圓鍵合工藝，可以大大簡化加工工藝，降低成本。

需要指出的是，所述勢壘層100的制作材料為In_xAl_yGa_1-x-yN，其中0≦x≦1，0≦y≦1，因此，所述勢壘層100的制作材料包括并不僅限于不同組分濃度的InAlGaN四元化合物，不同組分濃度的InAlN、AlGaN、InGaN三元化合物，以及AlN、InN等，可以根據(jù)器件的實際需要進行選擇性使用。

優(yōu)選的，所述漏電極104和源電極107為多層結構，可以包括Ti層、Al層、Ni層、Pt層和/或Au層，但不局限于上述金屬層材料。

優(yōu)選的，所述介質層105的制作材料可以為SiN、Al₂O₃、SiO₂或HfO₂，但不局限于上述材料，本領域技術人員可以根據(jù)實際需要進行選擇性使用。所述壓電材料層106可以為壓電陶瓷、壓電晶體或有機壓電材料等，通過選取不同壓電特性的壓電材料作為柵電極，制作不同靈敏度、不同測量量程的傳感器器件，擴大其應用范圍。

與上述壓力傳感器相對應的，如圖1所示，本發(fā)明實施例還公開了一種壓力傳感器制備方法，所述方法包括如下步驟：

S1，提供InxAlyGa1-x-yN/GaN襯底材料；

S2，制作標記，進行臺面隔離；

S3，器件源漏電極光刻；

S4，在襯底表面蒸發(fā)Ti/Al/Ni/Au金屬疊層；

S5，用剝離液進行金屬剝離，源漏區(qū)域覆蓋金屬；

S6，高溫快速退火，實現(xiàn)源漏歐姆接觸；

S7，在表面淀積介質；

S8，電極介質層光刻及刻蝕；

S9，在源漏中間粘附壓電材料，完成器件制作。

具體步驟如下：

S1：提供InxAlyGa1-x-yN和GaN材料晶片，其中100為一定厚度及組分濃度的InxAlyGa1-x-yN勢壘層，101為GaN層，如圖2所示；

S2：對上述晶片進行有機、無機清洗，完成標記制作后，進行臺面隔離，實現(xiàn)方式有離子注入及物理化學刻蝕，如圖3所示；

S3：在上述晶片的上表面第一次均勻涂光刻膠，根據(jù)需求光刻膠可以選取單層或多層；采用接觸式曝光機，或者電子束曝光機對器件源漏區(qū)域進行曝光；根據(jù)光刻膠選取顯影液進行顯影；圖4中，102為顯影后留下的未曝光光刻膠，無光刻膠區(qū)域即為源漏區(qū)域；

S4：采用電子束蒸發(fā)的方法，在上述晶片的上表面蒸發(fā)一定厚度的金屬層；103為蒸發(fā)的金屬層；金屬層103可以選取并不僅限于Ti/Al/Ni/Au、Si/Ti/Al/Ni/Au、Ti/Al/Pt/Au等，如圖5所示；

S5：采用與光刻膠102相應的有機溶劑進行金屬剝離，根據(jù)光刻膠特性選擇是否進行加熱；適當晃動晶片，未曝光區(qū)域光刻膠溶解后，即剩下源漏曝光區(qū)域覆蓋金屬，如圖6所示；

S6：利用快速退火設備，在N2氣氛中對晶片進行快速高溫退火，根據(jù)金屬層103的不同結構，選取不同的退火溫度及退火時間，如圖7所示，其中，104為漏電極，107為源電極；

S7：在經(jīng)過步驟S6處理后的器件的上表面淀積一定厚度的介質，105即為淀積的表面介質層，可以選取并不僅限于SiN、Al2O3、SiO2、HfO2等；不同的介質需要采用不同的淀積方法，如等離子增強化學氣相沉積(PECVD)，低壓化學氣相沉積(LPCVD)，原子層沉積(ALD)等，如圖8所示；

S8：結合圖9，在經(jīng)過步驟S7處理后的器件的上表面第二次均勻涂抹光刻膠，采用接觸式曝光對源漏電極區(qū)域進行光刻；利用相應顯影液進行顯影；介質層刻蝕，根據(jù)不同介質可以選擇反應離子刻蝕(RIE)，感應耦合等離子刻蝕(ICP)，濕法腐蝕等；完成后源漏電極被暴露出來；

S9：結合圖10，將表面平整的壓電材料粘附在源漏電極之間，作為器件的柵電極；106即為壓電材料層，包括并不僅限于壓電陶瓷、壓電晶體、有機壓電材料等。

所述方法不需要進行襯底腔體刻蝕，以及后續(xù)的晶圓鍵合工藝，可以大大簡化加工工藝，降低成本，并可以通過選取不同壓電特性的壓電材料作為柵電極，制作不同靈敏度、不同測量量程的傳感器器件，擴大其應用范圍。