Шоттки, где в качестве электродов использовался алюминий. Величина межэлектродного расстояния превышала диффузионную длину носителей заряда (l) в исходном карбиде кремния (при концентрации не-

Рис. 23. Фрагмент МПМ-фотоприемника (а) и отношение тока при УФ-засветке (l = 254 нм) к темновому току

для МПМ-структуры на основе SiC и ПКК (б)

скомпенсированных доноров 1018 см–3 l < 1 мкм). Поэтому фоточувствительность образцов на основе монокристаллического карбида кремния практически отсутствовала (рис. 23, б). В тоже время фотоприемные структуры на основе нанопористогоSiC обладали чувствительностью к УФ-излучению. Так, при напряжении смещения 5 В отношение тока при УФ-засветке на длине волны254 нм к темновому току составляло 103 (рис. 23, б). Снижение соотношения I254/Iт при напряжениях больших 5 В, вероятно, связано с ростом поверхностных токов утечки в планарной структуре.

Элементная база микросистемной техники для экстремальных условий эксплуатации

Технология объемной и поверхностной микромеханики на SiC

Основой технологических решений элементов микросистемной техники для экстремальных режимов и условий эксплуатации является композиция «карбид кремния на изоляторе» [21]. Перспективы ее применения предполагают использование высокотемпературных материалов и композиций в элементах изоляции, металлизации и пассивации.

76

Для формирования элементов микросистем по технологии«объемной» микромеханики были реализованы процессы анизотропного травления кремния с использованием масок из нитрида кремния, «стоп-слоев» (Si(p+), SiC, Si3N4) и компенсаторов углового растравли-

вания специальной конфигурации для получения профилированных мембранных структур. Для формирования пленочных SiC-резисторов проводилась комплексная оптимизация параметров: поверхностного сопротивления, температурной зависимости сопротивления и тензочувствительности SiC-пленок. При создании резистивных структур использовалась высокотемпературная контактная металлизацияNi/Ti и реактивное ионно-плазменное микропрофилирование SiC. Для пассивации использовались пленки нитрида кремния, получаемого ионно-химиче- ским методом. Формирование мембранных и балочных элементов производилось на последних стадиях процесса, для этого на лицевую сторону структуры наносилось защитное химически стойкое покрытие.

Была разработана и реализована унифицированная технология «объемной» микромеханики, позволяющая формировать термо- и тензочувствительные элементы для экстремальных режимов и условий эксплуатации на основе композиции«карбид кремния на изоляторе» (рис. 26, а–ж), включающая нанесение защитно-изолирующих слоев, поликристаллических резистивных SiC-пленок, высокотемпературных Ni/Ti-контактов, двухстороннюю фотолитографию, реактивное ионноплазменное микропрофилирование Si и SiC, пассивацию с помощью пленки Si3N4 и жидкостное анизотропное травление кремния для по-

лучения профилированных мембран [22].

Для формирования структур «поверхностной» микромеханики на основе композиции «карбид кремния на изоляторе» были реализованы процессы нанесения пленок SiC с низким уровнем механических остаточных напряжений на жертвенный изолирующий подслойAlN, толщина которого составляла не менее2 мкм. Селективное травление жертвенных слоев AlN производилось в кислотном травителе (раствор ортофосфорной кислоты) через предварительно вытравленные вSiCпленке окна. При этом удаление жертвенного слоя в зависимости от конструкции элемента могло быть полным или частичным. Получение механически подвижных SiC-структур также требует полного удаления травящего раствора из образованного узкого зазора.

77

Была разработана и реализована унифицированная технология «поверхностной» микромеханики для формирования микромеханических элементов на основе композиции«карбид кремния на нитриде алюминия» (рис. 27, а–ж), включающая высокотемпературную металлизацию (W) для формирования нижней обкладки, нанесение и профилирование жертвенного слояAlN, нанесение «низконапряженных» пленок SiC, реактивное ионно-плазменное микропрофилирование SiC, нанесение высокотемпературных контактовNi/Ti на обкладки структуры, селективное травление жертвенных слоев AlN, микросборку [23].

78

Микромеханические преобразователи на основе пленок SiC

В процессе разработки тензорезистивных преобразователей на основе пленок SiC применялись профилированные конструкции мембран и балок для концентрации механических напряжений в области расположения тензорезисторов. При этом учитывались особенности теплоотвода в конструкции микромеханического элемента для исключения разбаланса мостовой схемы за счет несимметричного перегрева резисторов.

Особенность реализации микромеханических тензорезистивных преобразователей на основе композиции«карбид кремния на изоляторе» позволяет минимизировать токи утечки, типичные для изоляции измерительной мостовой схемы p–n-переходом, при повышении температуры. Испытания показали работоспособность тензорезистивных преобразователей на основе пленок SiC до температур 450 °С и после радиационного облучения (4 · 1015 нейтронов/см2) .

Благоприятное сочетание кристаллофизических и физико-хими- ческих свойств SiC и AlN позволяет также реализовать микромеханические структуры на основе пленокSiC и AlN и их композиции для преобразователей емкостного типа с экстремальными режимами и условиями эксплуатации [24], [25].

В табл. 2 представлен ряд разработок микроэлектромеханических элементов [26]–[28] на основе SiC и AlN: микромеханических преобразователей давления и ускорения на основе пленочныхSiC-тензорезис- торов с экстремальными условиями эксплуатации; конструктивных элементов емкостных преобразователей на основе поверхностныхSiCструктур; пьезоэлектрического преобразователя мембранного типа на основе текстурированных пленок AlN.

Наряду со структурами «карбид кремния на изоляторе» для всех ранее рассмотренных микроэлектромеханических преобразователей базовыми конструктивными элементами являются балки(струны) или мембраны. Была показана возможность применения гетероэпитаксиальных 3С-SiC/Si-мембран и их использования не только в качестве датчика давления. Преимущества таким мембран определяются следующими особенностями данной композиции:

79

Таблица 2

Примеры реализации микромеханических сенсоров на основе пленок SiC и AlN

–химическая стойкость SiC позволяет формировать мембраны в системе SiC/Si в стандартных травителях для Si без стоп-слоев;

–есть возможность локального изменения проводимости материала мембраны, позволяющая формировать в ней активные элементы;

–теплопроводность карбида кремния близка к теплопроводности меди, что определяет высокую однородность теплового поля в мембране;

80