Проектирование математической модели термопарного сенсора электромагнитного излучения, страница 3

По кривым Ирвина (рис. 5) оценим концентрацию легирующей примеси (бор):

Рисунок 5. Кривые Ирвина.

Зная все параметры, получаем преобразовательную характеристику сенсора электромагнитного излучения (рис. 6):

Рисунок 6. Преобразовательная характеристика сенсора.

Максимальный выходной сигнал при заданной мощности электромагнитного излучения 10мВт, составляет U_max=0.405 В. Чувствительность S=0.013 В/⁰C.

3.  Проектирование топологии сенсора.

Сенсор потока электромагнитного излучения представляет собой чип размерами 10×10 мм, на поверхности которого сформированы две консольные балки с кольцом жесткости, толщиной 5 мкм, расстояние между балками составляет 2мм. Расстояние между кольцом жесткости и консольной балкой 1 мм. Линейные размеры балки: длина 5 мм, ширина 2 мм.

На поверхности каждой балки формируются батареи термопар толщиной 0.5 мкм – слой поликремния p – типа проводимости, 0.5 мкм – слой алюминия. Длина слоев алюминия и поликремния 4мм, ширина одной термопары PolySi 50 мкм, расстояние между ними 10 мкм, ширина одной термопары Al 20 мкм, расстояние между ними 40 мкм. После формирования термопар, одна балка полностью заливается слоем метала, которые не пропускает электромагнитное излучения, а на конце второй балке формируется абсолютно черная поверхность, которая полностью поглощает излучение, размерами 1×2 мм.

Схематическое изображение топологии представлено на рисунке 6.

Рисунок 7. Топология сенсора.

Слои:

1.  Фотошаблон для формирования p⁺ слоя.

2.  Фотошаблон для формирования батареии термопар из поликристаллического кремния.

3.  Фотошаблон для формирования окон, которые служат для соединения слоев поликремния и алюминия.

4.  Фотошаблон для формирования второго слоя батареии термопар, наносится слой алюминия

5.  Фотошаблон для металлической изоляции корректирующей балочки.

6.  Фотошаблон для формирования окна размерами 8.269×8.269 мм на не планарной стороне пластины, под анизотропное травление в KOH.

7.  Фотошаблон для вскрытия контактных окон к термопарам и к приемной площадке.

Также 1-ый фотошаблон может служить для формирования пассивирующих слоев.

4.  Описание технологии изготовления.

Подложка КЭФ-4.5 толщиной 380 мкм, с эпитаксиальным слоем КДБ-0.000125 толщиной 5 мкм, плоскость (100).

·  Производится двухстороннее окисление пластины (во влажном кислороде) для выращивания слоя SiO₂ толщиной 0.5 мкм. На планарной стороне для формирования термопар, на обратной стороне служит маской для анизотропного травления.

·  В реакторе пониженного давления путем пиролиза силана при температуре около 650 ⁰C происходит осаждение пленки поликристаллического кремния толщиной 0.5 мкм.

·  Ионное легирование поликремневой пленки бором через слой SiO₂ толщиной 40 нм с дозой, обеспечивающей после отжига концентрацию носителей заряда N_A~9•10¹⁹см^-3

·  Фотолитография и травление поликремния, для получения первого слоя батареи термопар.

·  Вскрытие окон в выращенном слое SiO₂ толщиной 100-200 нм и вакуумное напыление алюминия, с последующей фотолитографией и травлением алюминия.

·  Пассивация поверхности.

·  Вакуумное напыление алюминия с последующим травлением, для формирования защитного слоя от электромагнитного излучения, для корректирующей балочки.

·  Используя двухстороннюю фотолитографию, на не планарной стороне вскрывается окно в окисле: 8.269×8.269 мм, под электрохимическое анизотропное травление кремния. В качестве травителя используется 33% KOH, который при температуре 80⁰C обеспечивает скорость травления плоскости (100) V=1мкм/мин.

·  Фотолитография с последующим травлением слоев SiO₂ и Al до эпитаксиального слоя, для формирования балочной структуры.

·  Плазмохимическое травление эпитаксиального слоя, для получения балок.