CN114628544A - 基于肖特基二极管和紫外led的微型压觉传感器及制备方法 - Google Patents

基于肖特基二极管和紫外led的微型压觉传感器及制备方法 Download PDF

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CN114628544A CN202210204191.8A CN202210204191A CN114628544A CN 114628544 A CN114628544 A CN 114628544A CN 202210204191 A CN202210204191 A CN 202210204191A CN 114628544 A CN114628544 A CN 114628544A
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Abstract

本发明提供一种基于肖特基二极管和紫外LED的微型压觉传感器及制备方法,所述基于肖特基二极管和紫外LED的微型压觉传感器的结构左右对称,包括一个紫外LED和一个肖特基二极管探测器。本发明利用MEMS技术可以在同一块芯片上集成光电式压觉传感器的所有部件,使得最终得到的器件体积小、重量轻,并且可以通过批量化生产降低生产成本,有利于本发明的应用与推广;本发明采用光电式传感原理,具有灵敏度高、响应速度快及抗电磁干扰能力强的优点;本发明的尺寸可以根据制备的工艺能力进行缩放,通过大规模高密度的集成,从而实现高分辨率的压觉传感功能。

Description

基于肖特基二极管和紫外LED的微型压觉传感器及制备方法
技术领域
本发明涉及一种微电子机械系统MEMS技术领域,特别是涉及一种基于肖特基二极管和紫外LED的压觉传感器及其制备方法。
背景技术
压觉传感器是用于机器人中模仿人体压力感知功能的传感器,并且可以对外界压力进行具体的量化感知,是实现智能机器人的必不可少的功能单元。压觉传感器的微型化具有重要意义,不仅有利于实现各种类型的小型化智能机器人,同时亦能通过大规模阵列的形式实现高分辨率的压力感知。随着半导体技术的发展,成熟的MEMS技术为压觉传感器的微型化奠定了基础,而且借助成熟的MEMS工艺线可以实现压觉传感器的批量化制备,极大地降低生产成本,微型压觉传感器现已成为传感器发展的一个重要方向。同时,光电式传感器具有灵敏度高、响应速度快和抗电磁干扰能力强等优点。目前,利用MEMS工艺实现光源和探测器的单片集成来实现微型光电式压觉传感器,成为一个待解决的问题。
鉴于以上,有必要提供一种基于肖特基二极管和紫外LED的微型压觉传感器及制备方法,以满足光源和探测器可以在同一个芯片上集成所有部件,同时极大地简化实际应用中微型压觉传感器的制备工艺。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点,本发明的目的在于提供一种基于肖特基二极管和紫外LED的微型压觉传感器及制备方法,通过将肖特基二极管引入普通的紫外LED外延片,单片集成反射式微型压觉传感器,极大地简化实际应用中微型压觉传感器的制备工艺,同时在传统压觉传感器的基础上增加光电式传感器的性能。
为实现上述目的及其他相关目的,本发明提供一种基于肖特基二极管和紫外LED的微型压觉传感器,所述基于肖特基二极管和紫外LED的微型压觉传感器的结构左右对称,包括一个紫外LED和一个肖特基二极管探测器;所述紫外LED位于所述微型压觉传感器的中央,包括:发光区域,为AlGaN/GaN多量子阱层;紫外LED正电极,位于所述发光区域的下方;电子阻挡层及P型掺杂AlGaN层,依次位于所述发光区域与所述紫外LED正电极之间;第一N型掺杂AlGaN层及第一AlGaN过渡层,依次位于所述发光区域的上方;紫外LED负电极,位于所述紫外LED正电极的四周,并与所述第一N型掺杂AlGaN层直接接触;所述肖特基二极管探测器位于所述紫外LED的四周,包括:第二AlGaN过渡层,位于所述第一AlGaN过渡层四周;探测器正电极,位于所述第二AlGaN过渡层下方;第二N型掺杂AlGaN层,位于所述第二AlGaN过渡层下方,且在所述探测器正电极四周并与所述探测器正电极之间具有间隔;探测器负电极,位于所述第二N型掺杂AlGaN层下方;所述微型压觉传感器还包括:平坦化介质层,覆盖所述紫外LED及所述肖特基二极管探测器;若干键合电极,位于所述平坦化介质层下方;通孔金属,贯穿所述平坦化介质层,以将所述紫外LED正电极、所述紫外LED负电极、所述探测器正电极及所述探测器负电极分别与若干所述键合电极连接;两个阻挡平台,上窄下宽,分别位于所述紫外LED及所述肖特基二极管探测器的上方,两个所述阻挡平台分别围成上宽下窄的两个空腔,两个所述空腔分别裸露所述紫外LED及所述肖特基二极管探测器的表面;透光层,填充满两个所述空腔,并高于所述阻挡平台24的顶部;接触反射层及接触保护层,依次位于所述透光层上方。
可选地,所述微型压觉传感器采取倒装的形式键合于转移基板上,所述转移基板的表面或内部布置有信号控制与处理电路,所述信号控制与处理电路用于所述紫外LED的驱动电流控制及所述肖特基二极管探测器的输出电流处理。
可选地,所述阻挡平台表面还覆盖有紫外光反射层,用于反射照射到所述阻挡平台表面的光线,防止光线被所述阻挡平台吸收。
可选地,所述AlGaN/GaN多量子阱层、所述电子阻挡层及所述P型掺杂AlGaN层在水平方向上的轮廓形状相同,均为圆形。
可选地,所述紫外LED正电极在水平方向上的轮廓形状为圆形,与所述AlGaN/GaN多量子阱层在水平方向上的圆形轮廓为同心圆,所述紫外LED正电极的圆形轮廓直径小于或等于所述AlGaN/GaN多量子阱层的圆形轮廓直径。
可选地,所述紫外LED负电极在水平方向的轮廓形状为环绕所述AlGaN/GaN多量子阱层圆形轮廓的同心圆环;所述探测器正电极及所述探测器负电极在水平方向上的轮廓形状均为环绕所述紫外LED正电极圆形轮廓的同心圆环。
可选地,若干所述键合电极在水平方向上的高度差小于0.2μm。
可选地,所述紫外LED正电极材料为镍金合金,所述紫外LED负电极材料为钛铝镍金合金;所述探测器正电极材料均为镍金合金,所述探测器负电极材料为钛铝镍金合金。
可选地,所述透光层材料为聚二甲基硅氧烷PDMS,所述接触反射层为SiO2及TiO2交替排列的周期性光子晶体,所述接触保护层材料为树脂。
本发明提供一种基于肖特基二极管和紫外LED的微型压觉传感器的制备方法,用于制备上述所述的微型压觉传感器,所述制备方法包括如下步骤:
S1:提供紫外LED基片,所述紫外LED基片自下而上依次包括蓝宝石衬底、AlN缓冲层、AlGaN过渡材料层、N型掺杂AlGaN材料层、AlGaN/GaN多量子阱材料层、电子阻挡材料层及P型掺杂AlGaN材料层;
S2:于所述紫外LED基片正面涂覆第一光刻胶,并光刻图形化,而后刻蚀至所述N型掺杂AlGaN材料层停止,形成所述发光区域的平台,再去除所述第一光刻胶;
S3:于所述紫外LED基片正面涂覆第二光刻胶,并光刻图形化,而后刻蚀至所述AlGaN过渡材料层停止,分别形成所述第一N型掺杂AlGaN层及所述第二N型掺杂AlGaN层,再去除所述第二光刻胶;
S4:于所述紫外LED基片正面涂覆第三光刻胶,并光刻图形化,而后刻蚀至所述AlN缓冲层停止,分别形成所述第一AlGaN过渡层及所述第二AlGaN过渡层,两者之间形成所述紫外LED与所述肖特基二极管探测器之间的隔离槽,再去除所述第三光刻胶;
S5:于所述紫外LED基片正面涂覆第四光刻胶,并光刻图形化,于上述结构表面上形成第一金属电极材料,并去除所述第四光刻胶及所述第四光刻胶上的第一金属电极材料,分别形成所述紫外LED正电极及所述探测器正电极;
S6:于所述紫外LED基片正面涂覆第五光刻胶,并光刻图形化,于上述结构表面形成第二金属电极材料,并去除所述第五光刻胶及所述第五光刻胶上的第二金属电极材料,分别形成所述紫外LED负电极及所述探测器负电极;
S7:于所述紫外LED基片正面形成所述平坦化介质层,并开孔形成所述通孔金属;
S8:于所述平坦化介质层表面形成若干所述键合电极;
S9:依次去除所述蓝宝石衬底及所述AlN缓冲层;
S10:于所述紫外LED及所述肖特基二极管探测器上方形成一层特定光刻胶,并光刻形成两个上窄下宽的所述阻挡台阶,分别围成上宽下窄的两个空腔;S11:于所述空腔表面及间隙涂覆高于所述阻挡台阶的透光材料,形成所述透光层;
S12:于所述透光层表面依次形成所述接触反射层及所述接触保护层。
可选地,在步骤S8中,形成若干所述键合电极后还包括将所得结构倒装键合于转移基板上的步骤,所述转移基板的表面或内部布置有信号控制与处理电路,所述信号控制与处理电路用于所述紫外LED的驱动电流控制及所述肖特基二极管探测器的输出电流处理。
如上所述,本发明的基于肖特基二极管和紫外LED的微型压觉传感器,具有以下有益效果:
1.本发明利用MEMS技术可以在同一块芯片上集成光电式压觉传感器的所有部件,使得最终得到的器件体积小、重量轻,并且可以通过批量化生产降低生产成本,有利于本发明的应用与推广;2.本发明的压觉传感器采用光电式传感原理,具有灵敏度高、响应速度快及抗电磁干扰能力强的优点;3.本发明的压觉传感器尺寸可以根据制备的工艺能力进行缩放,通过大规模高密度的集成,从而实现高分辨率的压觉传感功能。
附图说明
图1显示为本发明的基于肖特基二极管和紫外LED的微型压觉传感器的结构示意图。
图2显示为本发明的基于肖特基二极管和紫外LED的微型压觉传感器在未形成平坦化介质层前的芯片结构俯视示意图。
图3显示为本发明的基于肖特基二极管和紫外LED的微型压觉传感器在形成键合电极后的芯片结构俯视示意图。
图4显示为本发明的基于肖特基二极管和紫外LED的微型压觉传感器制备方法的流程示意图。
图5至图17显示为本发明的基于肖特基二极管和紫外LED的微型压觉传感器制备方法的各步骤所呈现的结构示意图。
元件标号说明
1 蓝宝石衬底
2 AlN缓冲层
3 AlGaN过渡材料层
4 N型掺杂AlGaN材料层
5 AlGaN/GaN多量子阱材料层
6 电子阻挡材料层
7 P型掺杂AlGaN材料层
8 转移基板
9 信号控制与处理电路
10 AlGaN/GaN多量子阱层
11 电子阻挡层
12 P型掺杂AlGaN层
13 紫外LED正电极
14 第一N型掺杂AlGaN层
15 第一AlGaN过渡层
16 紫外LED负电极
17 探测器正电极
18 第二AlGaN过渡层
19 探测器负电极
20 第二N型掺杂AlGaN层
21 平坦化介质层
22 通孔金属
23 键合电极
24 阻挡平台
25 紫外光反射层
26 透光层
27 接触反射层
28 接触保护层
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式,本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用,本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用,在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
请参阅图1至图17。需要说明的是,本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想,遂图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制,其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变,且其组件布局型态也可能更为复杂。
实施例一
如图1至图3所示,本实施例提供一种基于肖特基二极管和紫外LED的微型压觉传感器,所述基于肖特基二极管和紫外LED的微型压觉传感器的结构左右对称,包括一个紫外LED和一个肖特基二极管探测器(如图1所示);所述紫外LED位于所述微型压觉传感器的中央,包括:发光区域,为AlGaN/GaN多量子阱层10;紫外LED正电极13,位于所述发光区域的下方;电子阻挡层11及P型掺杂AlGaN层12,依次位于所述发光区域与所述紫外LED正电极13之间;第一N型掺杂AlGaN层14及第一AlGaN过渡层15,依次位于所述发光区域的上方;紫外LED负电极16,位于所述紫外LED正电极13的四周,并与所述第一N型掺杂AlGaN层14直接接触;所述肖特基二极管探测器位于所述紫外LED的四周,包括:第二AlGaN过渡层18,位于所述第一AlGaN过渡层15四周;探测器正电极17,位于所述第二AlGaN过渡层18下方;第二N型掺杂AlGaN层20,位于所述第二AlGaN过渡层18下方,且在所述探测器正电极四周并与所述探测器正电极17之间具有间隔;探测器负电极19,位于所述第二N型掺杂AlGaN层20下方;所述微型压觉传感器还包括:平坦化介质层21,覆盖所述紫外LED及所述肖特基二极管探测器(在未形成所述平坦化介质层21前的芯片结构俯视示意图如图2所示);若干键合电极23,位于所述平坦化介质层21下方;通孔金属22,贯穿所述平坦化介质层21,以将所述紫外LED正电极13、所述紫外LED负电极16、所述探测器正电极17及所述探测器负电极19分别与若干所述键合电极23连接;两个阻挡平台24,上窄下宽,分别位于所述第一AlGaN过渡层15及所述紫外LED及所述肖特基二极管探测器的上方,两个所述空腔分别裸露所述紫外LED及所述肖特基二极管探测器的表面;透光层26,填充满两个所述空腔,并高于所述阻挡平台24的顶部;接触反射层27及接触保护层28,依次位于所述透光层26上方。
所述紫外LED作为传感器的光源,所述肖特基二极管用于收集和检测光源发出的光线。
在本实施例中,所述基于肖特基二极管和紫外LED的微型压觉传感器的工作原理为:所述紫外LED发出的部分光线从其上方的空腔射出,在经过所述接触反射层27反射后,部分光线通过所述肖特基二极管探测器正上方的空腔耦合至所述肖特基二极管探测器,光信号在所述肖特基二极管探测器的作用下转换为光电流信号;当外界无接触压力时,由于紫外光的耦合比不会发生改变,所述肖特基二极管探测器的光电流恒定不变;当传感器受到外界压力时,所述接触反射层27会发生一定程度的弯曲,从而导致光线从光源到所述肖特基二极管探测器的耦合比发生改变,进而影响了所述肖特基二极管探测器的光生电流,通过光生电流的变化量,进而可以推测外界压力的大小。所述微型压觉传感器采用光电式传感原理,具有灵敏度高、响应速度快及抗电磁干扰能力强的优点。
作为示例,所述基于肖特基二极管和紫外LED的微型压觉传感器采取倒装的形式键合于转移基板8上,所述转移基板8的表面或内部布置有信号控制与处理电路9,所述信号控制与处理电路9用于所述紫外LED的驱动电流控制和所述肖特基二极管探测器的输出电流处理。
作为示例,所述阻挡平台24表面还覆盖有紫外光反射层25,用于反射照射到所述阻挡平台24表面的光线,防止光线被所述阻挡平台24吸收。所述紫外光反射层25的加入,有利于提升传感器的灵敏度。
这里需要说明的是,若所述阻挡平台24表面覆盖有紫外光反射层25,则所述透光层26高于所述紫外光反射层25的顶部。
所述紫外LED的组件可设置为左右对称的形状,所述肖特基二极管组件的形状根据所述紫外LED调整为相应的环形,具体形状可根据实际需要进行设置。
本实施例中,优选采用圆形及相应的圆环形状,即所述AlGaN/GaN多量子阱层10、所述电子阻挡层11及所述P型掺杂AlGaN层12在水平方向上的轮廓形状相同,均为圆形。
所述紫外LED正电极13在水平方向上的轮廓形状为圆形,与所述AlGaN/GaN多量子阱层10在水平方向上的圆形轮廓为同心圆,所述紫外LED正电极13的圆形轮廓直径小于或等于所述AlGaN/GaN多量子阱层10的圆形轮廓直径。
所述紫外LED负电极16在水平方向的轮廓形状为环绕所述AlGaN/GaN多量子阱层10圆形轮廓的同心圆环;所述探测器正电极17及所述探测器负电极19在水平方向上的轮廓形状均为环绕所述紫外LED正电极13圆形轮廓的同心圆环(在未形成所述平坦化介质层21前的芯片结构俯视示意图如图2所示)。
这里需要说明的是,所述紫外LED的组件及所述肖特基二极管组件的形状设置为圆形及相应的圆环形状,可以利用MEMS技术可以在同一块芯片上集成光电式压觉传感器的所有部件,使得器件结构紧凑、体积小、重量轻及加工工艺简单,并且还可以通过批量化生产降低生产成本,有利于所述微型压觉传感器的应用与推广;在器件结构条件较优的情况下,所述压觉传感器尺寸还可以根据制备的工艺能力进行缩放,通过大规模高密度的集成,从而实现高分辨率的压觉传感功能。
作为示例,若干所述键合电极23在水平方向上的高度差小于0.2μm。
这里需要说明的是,所述平坦化介质层21表面平整,有利于保证形成若干所述键合电极23的高度误差范围小。本实施例中,传感器芯片通过若干所述键合电极23与所述转移基板8实现倒装键合,所述键合电极23高度差越小,键合效果越好(所述键合电极23形成后的芯片结构俯视示意图如图3所示)。
作为示例,所述紫外LED正电极13材料为镍金合金,所述紫外LED负电极16材料钛铝镍金合金;所述探测器正电极17材料均为钛铝镍金合金,所述探测器负电极19材料为镍金合金。
作为示例,所述透光层26材料为聚二甲基硅氧烷PDMS,所述接触反射层27为SiO2及TiO2交替排列的周期性光子晶体,所述接触保护层28材料为树脂。
如上所述,本发明的基于肖特基二极管和紫外LED的微型压觉传感器,具有以下有益效果:
1.本发明利用MEMS技术可以在同一块芯片上集成光电式压觉传感器的所有部件,使得最终得到的器件体积小、重量轻,并且可以通过批量化生产降低生产成本,有利于本发明的应用与推广;2.本发明的压觉传感器采用光电式传感原理,具有灵敏度高、响应速度快及抗电磁干扰能力强的优点;3.本发明的压觉传感器尺寸可以根据制备的工艺能力进行缩放,通过大规模高密度的集成,从而实现高分辨率的压觉传感功能。
实施例二
本实施例提供一种基于肖特基二极管和紫外LED的微型压觉传感器的制备方法,该制备方法可用来制备上述实施例一所述的基于肖特基二极管和紫外LED的微型压觉传感器,如图4至图17所示,详细描述本实施例二的基于肖特基二极管和紫外LED的微型压觉传感器的制备方法。
如图4及图5所示,首先进行步骤S1,提供紫外LED基片,所述紫外LED基片自下而上依次包括蓝宝石衬底1、AlN缓冲层2、AlGaN过渡材料层3、N型掺杂AlGaN材料层4、AlGaN/GaN多量子阱材料层5、电子阻挡材料层6及P型掺杂AlGaN材料层7。
如图4及图6所示,接着进行步骤S2,于所述紫外LED基片正面涂覆第一光刻胶,并光刻图形化,而后刻蚀至所述N型掺杂AlGaN材料层4停止,形成所述发光区域的平台,再去除所述第一光刻胶。
如图4及图7所示,接着进行步骤S3,于所述紫外LED基片正面涂覆第二光刻胶,并光刻图形化,而后刻蚀至所述AlGaN过渡材料层3停止,分别形成所述第一N型掺杂AlGaN层14及所述第二N型掺杂AlGaN层20,再去除所述第二光刻胶;
如图4及图8所示,接着进行步骤S4,于所述紫外LED基片正面涂覆第三光刻胶,并光刻图形化,而后刻蚀至所述AlN缓冲层2停止,分别形成所述第一AlGaN过渡层15及所述第二AlGaN过渡层18,两者之间形成所述紫外LED与所述肖特基二极管探测器之间的隔离槽,再去除所述第三光刻胶。
本实施例中,去除所述第一光刻胶、第二光刻胶、第三光刻胶、及第四光刻胶的方法均为感应耦合等离子体IPC干法刻蚀。
如图4及图9所示,接着进行步骤S5,于所述紫外LED基片正面涂覆第四光刻胶,并光刻图形化,于上述结构表面上形成第一金属电极材料,并去除所述第四光刻胶及所述第四光刻胶上的第一金属电极材料,分别形成所述紫外LED正电极13及所述探测器正电极17。
这里需要说明的是,所述探测器正电极17与所述第二AlGaN过渡层18直接接触,接触类型为肖特基接触。
如图4及图10所示,接着进行步骤S6,于所述紫外LED基片正面涂覆第五光刻胶,并光刻图形化,于上述结构表面形成第二金属电极材料,并去除所述第五光刻胶及所述第五光刻胶上的第二金属电极材料,分别形成所述紫外LED负电极16及所述探测器负电极19,上述结构的俯视图如图2所示。
这里需要说明的是,所述紫外LED负电极16与所述第一N型掺杂AlGaN层14直接接触,接触类型为欧姆接触;所述探测器负电极19与所述第二N型掺杂AlGaN层20直接接触,接触类型为欧姆接触。本实施例中,形成所述第一金属电极材料及所述第二金属电极材料的方法均为电子束蒸发EBE技术沉积,去除所述第四光刻胶及第五光刻胶的方法也为感应耦合等离子体IPC干法刻蚀。
如图4及图11所示,接着进行步骤S7,于所述紫外LED基片正面形成平坦化介质层21,并开孔形成通孔金属22。
本实施例中,形成所述平坦化介质层21的方法为次大气压化学气相沉积技术,于所述紫外LED基片正面沉积一层硼磷硅玻璃并回流。
如图4及图12所示,接着进行步骤S8,于所述平坦化介质层21表面形成若干所述键合电极23。
本实施例中,所述键合电极23的成型方法可以是先涂覆光刻胶,并光刻图形化后沉积金属材料;也可以是先沉积金属材料,再涂覆光刻胶,并光刻图形化,所述键合电极23的俯视图如图3所示。在形成若干所述键合电极23前还包括采用化学机械抛光方法进一步改善所述平坦化介质层21表面的平整度并去除多余金属的步骤,以保证所述键合电极23在水平方向上的高度差相差不大。
如图4及图13所示,接着进行步骤S9,依次去除所述蓝宝石衬底1及所述AlN缓冲层2。
本实施例中,去除所述蓝宝石衬底1的方法为激光剥离或物理减薄方法;去除所述AlN缓冲层2的方法为感应耦合等离子体IPC干法刻蚀。
如图4及图14所示,接着进行步骤S10,于所述紫外LED及所述肖特基二极管探测器上方形成一层特定光刻胶,并光刻形成两个上窄下宽的所述阻挡台阶24,分别围成上宽下窄的两个空腔。
这里需要说明的是,所述阻挡平台24围成的上宽下窄的两个所述空腔,两个所述空腔分别位于所述紫外LED及所述肖特基二极管探测器正上方。本实施例中,所述特定光刻胶为SU-8光刻胶,所述SU-8光刻胶在近紫外范围内光吸收度很低,有利于所述紫外LED发出的光不被吸收并被所述肖特基二极管探测器所接收到。如图4及图15所示,接着进行步骤S11,于所述空腔表面及间隙涂覆高于所述阻挡台阶24的透光材料,形成所述透光层26。
这里需要说明的是,所述透光层26要高于所述阻挡平台24的顶部。
如图14所示,较佳的,在所述所述阻挡平台24表面还覆盖有所述紫外光反射层25,用于反射照射到所述阻挡平台24表面的光线,防止光线被所述阻挡平台24吸收,有利于提升传感器的灵敏度;此时所述透光层26要高于所述紫外光反射层25的顶部。
如图4及图16所示,接着进行步骤S12,于所述透光层26表面依次形成所述接触反射层27及所述接触保护层28。本实施例中,形成所述接触保护层28的方法为旋涂法或沉积法。
如图17所示,较佳的,作为示例,在步骤S8中,形成若干所述键合电极23后还包括将所得结构通过所述键合电极23倒装键合于所述转移基板8上的步骤,所述转移基板8的表面或内部布置有信号控制与处理电路9,所述信号控制与处理电路9用于所述紫外LED的驱动电流控制和所述肖特基二极管探测器的输出电流处理。
综上所述,本发明提供一种基于肖特基二极管和紫外LED的微型压觉传感器及制备方法,所述基于肖特基二极管和紫外LED的微型压觉传感器的结构左右对称,包括一个紫外LED和一个肖特基二极管探测器。本发明利用MEMS技术可以在同一块芯片上集成光电式压觉传感器的所有部件,使得最终得到的器件体积小、重量轻,并且可以通过批量化生产降低生产成本,有利于本发明的应用与推广;本发明采用光电式传感原理,具有灵敏度高、响应速度快及抗电磁干扰能力强的优点;本发明的尺寸可以根据制备的工艺能力进行缩放,通过大规模高密度的集成,从而实现高分辨率的压觉传感功能。所以,本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效,而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下,对上述实施例进行修饰或改变。因此,举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变,仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (11)

1.一种基于肖特基二极管和紫外LED的微型压觉传感器,其特征在于:
所述基于肖特基二极管和紫外LED的微型压觉传感器的结构左右对称,包括一个紫外LED和一个肖特基二极管探测器;
所述紫外LED位于所述微型压觉传感器的中央,包括:
发光区域,为AlGaN/GaN多量子阱层;
紫外LED正电极,位于所述发光区域的下方;
电子阻挡层及P型掺杂AlGaN层,依次位于所述发光区域与所述紫外LED正电极之间;
第一N型掺杂AlGaN层及第一AlGaN过渡层,依次位于所述发光区域的上方;
紫外LED负电极,位于所述紫外LED正电极的四周,并与所述第一N型掺杂AlGaN层直接接触;
所述肖特基二极管探测器位于所述紫外LED的四周,包括:
第二AlGaN过渡层,位于所述第一AlGaN过渡层四周;
探测器正电极,位于所述第二AlGaN过渡层下方;
第二N型掺杂AlGaN层,位于所述第二AlGaN过渡层下方,且在所述探测器正电极四周并与所述探测器正电极之间具有间隔;
探测器负电极,位于所述第二N型掺杂AlGaN层下方;
所述微型压觉传感器还包括:
平坦化介质层,覆盖所述紫外LED及所述肖特基二极管探测器;
若干键合电极,位于所述平坦化介质层下方;
通孔金属,贯穿所述平坦化介质层,以将所述紫外LED正电极、所述紫外LED负电极、所述探测器正电极及所述探测器负电极分别与若干所述键合电极连接;
两个阻挡平台,上窄下宽,分别位于所述紫外LED及所述肖特基二极管探测器的上方,两个所述阻挡平台分别围成上宽下窄的两个空腔,两个所述空腔分别裸露所述紫外LED及所述肖特基二极管探测器的表面;透光层,填充满两个所述空腔,并高于所述阻挡平台的顶部;
接触反射层及接触保护层,依次位于所述透光层上方。
2.根据权利要求1所述的基于肖特基二极管和紫外LED的微型压觉传感器,其特征在于:所述微型压觉传感器采取倒装的形式键合于转移基板上,所述转移基板的表面或内部布置有信号控制与处理电路,所述信号控制与处理电路用于所述紫外LED的驱动电流控制及所述肖特基二极管探测器的输出电流处理。
3.根据权利要求1所述的基于肖特基二极管和紫外LED的微型压觉传感器,其特征在于:所述阻挡平台表面还覆盖有紫外光反射层,用于反射照射到所述阻挡平台表面的光线,防止光线被所述阻挡平台吸收。
4.根据权利要求1所述的基于肖特基二极管和紫外LED的微型压觉传感器,其特征在于:所述AlGaN/GaN多量子阱层、所述电子阻挡层及所述P型掺杂AlGaN层在水平方向上的轮廓形状相同,均为圆形。
5.根据权利要求1所述的基于肖特基二极管和紫外LED的微型压觉传感器,其特征在于:所述紫外LED正电极在水平方向上的轮廓形状为圆形,与所述AlGaN/GaN多量子阱层在水平方向上的圆形轮廓为同心圆,所述紫外LED正电极的圆形轮廓直径小于或等于所述AlGaN/GaN多量子阱层的圆形轮廓直径。
6.根据权利要求1所述的基于肖特基二极管和紫外LED的微型压觉传感器,其特征在于:所述紫外LED负电极在水平方向的轮廓形状为环绕所述AlGaN/GaN多量子阱层圆形轮廓的同心圆环;所述探测器正电极及所述探测器负电极在水平方向上的轮廓形状均为环绕所述紫外LED正电极圆形轮廓的同心圆环。
7.根据权利要求1所述的基于肖特基二极管和紫外LED的微型压觉传感器,其特征在于:若干所述键合电极在水平方向上的高度差小于0.2μm。
8.根据权利要求1所述的基于肖特基二极管和紫外LED的微型压觉传感器,其特征在于:所述紫外LED正电极材料为镍金合金,所述紫外LED负电极材料为钛铝镍金合金;所述探测器正电极为镍金合金,所述探测器负电极材料为钛铝镍金合金。
9.根据权利要求1所述的基于肖特基二极管和紫外LED的微型压觉传感器,其特征在于:所述透光层材料为聚二甲基硅氧烷PDMS,所述接触反射层为SiO2及TiO2交替排列的周期性光子晶体,所述接触保护层材料为树脂。
10.一种如权力要求1~9中任一项所述的基于肖特基二极管和紫外LED的微型压觉传感器的制备方法,其特征在于,所述制备方法包括:
S1:提供紫外LED基片,所述紫外LED基片自下而上依次包括蓝宝石衬底、AlN缓冲层、AlGaN过渡材料层、N型掺杂AlGaN材料层、AlGaN/GaN多量子阱材料层、电子阻挡材料层及P型掺杂AlGaN材料层;
S2:于所述紫外LED基片正面涂覆第一光刻胶,并光刻图形化,而后刻蚀至所述N型掺杂AlGaN材料层停止,形成所述发光区域的平台,再去除所述第一光刻胶;
S3:于所述紫外LED基片正面涂覆第二光刻胶,并光刻图形化,而后刻蚀至所述AlGaN过渡材料层停止,分别形成所述第一N型掺杂AlGaN层及所述第二N型掺杂AlGaN层,再去除所述第二光刻胶;
S4:于所述紫外LED基片正面涂覆第三光刻胶,并光刻图形化,而后刻蚀至所述AlN缓冲层停止,分别形成所述第一AlGaN过渡层及所述第二AlGaN过渡层,两者之间形成所述紫外LED与所述肖特基二极管探测器之间的隔离槽,再去除所述第三光刻胶;
S5:于所述紫外LED基片正面涂覆第四光刻胶,并光刻图形化,于上述结构表面上形成第一金属电极材料,并去除所述第四光刻胶及所述第四光刻胶上的第一金属电极材料,分别形成所述紫外LED正电极及所述探测器正电极;
S6:于所述紫外LED基片正面涂覆第五光刻胶,并光刻图形化,于上述结构表面形成第二金属电极材料,并去除所述第五光刻胶及所述第五光刻胶上的第二金属电极材料,分别形成所述紫外LED负电极及所述探测器负电极;
S7:于所述紫外LED基片正面形成所述平坦化介质层,并开孔形成通孔金属;
S8:于所述平坦化介质层表面形成若干所述键合电极;
S9:依次去除所述蓝宝石衬底及所述AlN缓冲层;S10:于所述紫外LED及所述肖特基二极管探测器上方形成一层特定光刻胶,并光刻形成两个上窄下宽的所述阻挡台阶,分别围成上宽下窄的两个空腔;
S11:于所述空腔表面及间隙涂覆高于所述阻挡台阶的透光材料,形成所述透光层;
S12:于所述透光层表面依次形成所述接触反射层及所述接触保护层。
11.根据权利要求10所述的基于肖特基二极管和紫外LED的微型压觉传感器的制备方法,其特征在于:在步骤S8中,形成若干所述键合电极后还包括将所得结构倒装键合于转移基板上的步骤,所述转移基板的表面或内部布置有信号控制与处理电路,所述信号控制与处理电路用于所述紫外LED的驱动电流控制及所述肖特基二极管探测器的输出电流处理。
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