一种基于半导体薄膜的压力传感器芯片及其制备方法与流程

本申请涉及半导体器件制备，尤其涉及一种基于半导体薄膜的压力传感器芯片及其制备方法。

背景技术：

1、目前，压力传感器在电子信息、医疗和机器人等领域具有重要作用。压力传感器的结构多种多样，就其响应特性来说，大致可以分为压阻响应型、电容响应型、压电响应型和摩擦起电响应型四种类型。不论是哪一种柔性压力传感器，其基本工作原理都是在压力作用下，传感器产生的形变或者结构的变化转化为传感器电学(电阻、电容、电流等)或者光学性能参数的变化，借此来反馈外界压力的大小和分布状况。

2、同时，由于微纳加工技术的进步，将微纳技术与压力传感器结合进一步拓展了压力传感器的应用范围。微纳结构的存在有效提高了压力传感器的灵敏度、检测极限、响应时间等综合性能。

技术实现思路

1、然而，发明人发现，当前具有微纳结构的压力传感器存在一些技术上的不足，具体体现在：首先，单一微纳结构在提高探测灵敏度时，往往伴随着工作压力区间和稳定性的损失；其次，微纳结构复杂，实现成本较高且不容易集成化和批量化；再者，当前微纳结构柔性压力传感器在实际应用中的耐环境性与可靠性不够高。

2、针对现有技术存在的上述问题，本发明提出了一种基于半导体薄膜的压力传感器芯片及其制备方法，能够有效提高压力传感器探测灵敏度，并且微纳结构简单，能够有效解决在实际应用中的耐环境性与可靠性。

3、根据本申请的一个方面，提供一种基于半导体薄膜的压力传感器芯片，其特征在于，包括：

4、衬底硅片；

5、半导体薄膜，位于所述衬底硅片的第一表面上，所述半导体薄膜的材料包括氮化硅或碳化硅中的任一种，厚度包括1~10um，其中，所述半导体薄膜包括位于所述衬底硅片第一表面上的附着部分以及刻蚀所述衬底硅片的第二表面直至所述半导体薄膜形成的悬空部分，所述悬空部分能够在压力作用下产生形变；以及

6、约瑟夫森结，设置于所述悬空部分表面的中心位置，其中，所述约瑟夫森结的结面积在所述悬空部分产生形变的情况下发生改变。

7、根据本申请的另一个方面，提供一种基于半导体薄膜的压力传感器芯片的制备方法，其特征在于，包括：

8、通过低压化学气相沉积工艺在衬底硅片的第一表面生成半导体薄膜，所述半导体薄膜的材料包括氮化硅或碳化硅中的一种或多种，厚度包括1~10um；

9、旋涂光刻胶于所述衬底硅片的第二表面，通过光刻技术在所述衬底硅片的第二表面形成半导体悬空部分图案，采用刻蚀工艺刻蚀所述衬底硅片第二表面上所述半导体悬空部分图案对应的衬底硅片直至所述半导体薄膜，以形成所述半导体薄膜的悬空部分；以及

10、通过电子束蒸发工艺在所述半导体薄膜悬空部分表面的中心位置上生成约瑟夫森结。

11、根据本申请提供的基于半导体薄膜的压力传感器芯片及其制备方法，压力传感器芯片上形成包括半导体薄膜和约瑟夫森结的微纳结构，依靠微纳结构的变化测量压力大小，在实际应用中具有很好的耐环境性与可靠性。并且，通过设置不同的微纳结构，在提高探测灵敏度的同时还能够增加工作压力区间和稳定性。

技术特征：

1.一种基于半导体薄膜的压力传感器芯片，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的压力传感器芯片，其特征在于，所述约瑟夫森结包括：

3.如权利要求2所述的压力传感器芯片，其特征在于，还包括：

4.如权利要求3所述的压力传感器芯片，其特征在于，所述导电结构包括：

5.如权利要求4所述的压力传感器芯片，其特征在于，所述第一电极、所述第二电极、所述第一回路线和所述第二回路线的材料包括铝、铌和钛中的任一种或多种。

6.一种基于半导体薄膜的压力传感器芯片的制备方法，其特征在于，包括：

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，还包括：

8.如权利要求6或7所述的方法，其特征在于，还包括：

9.如权利要求6或7所述的方法，其特征在于，所述在真空环境中通过电子束蒸发工艺在所述半导体薄膜的所述悬空部分表面的中心位置上生成约瑟夫森结，包括：

10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述在所述第一金属化层上形成绝缘层，包括：

技术总结本申请涉及一种基于半导体薄膜的压力传感器芯片及其制备方法，该压力传感器芯片包括：衬底硅片；半导体薄膜，位于衬底硅片的第一表面上，其中，半导体薄膜包括刻蚀所述衬底硅片的第二表面直至所述半导体薄膜形成的悬空部分，所述悬空部分能够在压力作用下产生形变；以及约瑟夫森结，设置于所述悬空部分表面的中心位置，其中，所述约瑟夫森结的结面积在所述悬空部分产生形变的情况下发生改变。根据本申请提供的方案，压力传感器芯片上形成包括半导体薄膜和约瑟夫森结的微纳结构，依靠微纳结构的变化测量压力大小，在实际应用中具有很好的耐环境性与可靠性。并且，通过设置不同的微纳结构，在提高探测灵敏度的同时，能够增加工作压力区间和稳定性。技术研发人员：李铁夫,刘玉龙,王毅受保护的技术使用者：北京量子信息科学研究院技术研发日：技术公布日：2024/6/20