WO2018111136A1 - Semiconductor resistor - Google Patents

Semiconductor resistor Download PDF

Info

Publication number
WO2018111136A1
WO2018111136A1 PCT/RU2016/000910 RU2016000910W WO2018111136A1 WO 2018111136 A1 WO2018111136 A1 WO 2018111136A1 RU 2016000910 W RU2016000910 W RU 2016000910W WO 2018111136 A1 WO2018111136 A1 WO 2018111136A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
layer
semiconductor
intermetallic
contacts
nickel
Prior art date
Application number
PCT/RU2016/000910
Other languages
French (fr)
Russian (ru)
Inventor
Виктор Александрович ЛОБЦОВ
Александр Иванович ЩЕПИХИН
Наталья Усмановна НОВОЙДАРСКАЯ
Александр Феликсович КОМИССАРОВ
Original Assignee
Общество С Ограниченной Ответственностью "Тонкопленочные Технологии"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Общество С Ограниченной Ответственностью "Тонкопленочные Технологии" filed Critical Общество С Ограниченной Ответственностью "Тонкопленочные Технологии"
Publication of WO2018111136A1 publication Critical patent/WO2018111136A1/en

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/84—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by variation of applied mechanical force, e.g. of pressure

Definitions

  • the invention relates to techniques for semiconductor devices, in particular to the manufacture of thermo- and strain gauges based on strain-sensitive semiconductor materials.
  • a semiconductor strain gauge or bar resistor based on a semiconductor material - samarium monosulfide SmS.
  • the semiconductor resistor is formed on a glass substrate and includes a tape-shaped polycrystalline Samarium monosulfide SmS layer equipped with current collector contacts (contact pads with contact tracks) made of nickel by vacuum deposition and located on a part of the surface of the samarium monosulfide layer and the substrate (SU 1820790 A1 , H01L 21/34, publ. 1995.03.27.).
  • a disadvantage of the known semiconductor resistor is the high ohmic contact resistance (samarium-nickel monosulfide), nickel peeling and a rather high temperature dependence of the contact resistance, which reduces the operational and metrological characteristics of the semiconductor resistor based on samarium monosulfide used as a strain gauge. Low mechanical resistance, high noise level, significant measurement errors during dynamic temperature changes. To partially eliminate these drawbacks, it is necessary to additionally use expensive and time-consuming operations, in particular, additional repeated mechanical impact on the contact pads of nickel, cobalt, by pressing the indenter until the contact resistance is constant (SU 238434, H01L 21/02, publ. 1994.12.15 .).
  • a semiconductor resistor is also known in the art, including an insulating layer of silicon oxide, glass or mica formed on a substrate, a semiconductor layer located thereon — samarium monosulfide in the form of a tape (parallelepiped) with a thickness of 0.5-1.0 ⁇ m.
  • the semiconductor layer is provided at the ends with current collector contacts (including contact tracks) made of nickel or cobalt by vacuum deposition and located on part of the layer surface monosulfide of samarium and an insulating layer (WO 99/24804, G01L 1/22, 25/00, 27/00, publ. 1999.05.25.).
  • the disadvantage of this semiconductor resistor is the high ohmic contact resistance of samarium-nickel monosulphide (samarium-cobalt monosulphide), peeling of the deposited metal from the substrate and a rather high temperature dependence of the contact resistance, which reduces the operational and metrological characteristics of the semiconductor resistor used as a strain gauge: low mechanical resistance, high noise level, significant measurement errors with dynamic changes in temperature urs, changing the electrical parameters over time.
  • the closest analogue of the claimed invention is a semiconductor resistor based on strain-sensitive semiconductor materials of the sensor of mechanical quantities.
  • the semiconductor resistor includes an insulating layer formed on the substrate, a semiconductor layer on it in the form of a tape 0.1-1.0 ⁇ m thick, provided at the ends with contacts made in the form of a metal layer located on a part of the surface of the semiconductor layer and the insulating layer.
  • the contacts are made of three layers, with the first layer located on a part of the semiconductor surface and the insulating layer made of aluminum, the middle layer is made of an alloy of aluminum with nickel or cobalt, and the outer layer is made of nickel or cobalt (RU 2367062 CI, H01L29 / 84, publ. 10.09.2009).
  • a disadvantage of the known semiconductor resistor is a narrow range of operating temperatures from -40 to +125 ° C, the complexity of the operation of microwelding aluminum current leads to nickel contacts, as well as the low reliability of the obtained connection. At temperatures above 250 ° C, the surface layer of nickel contacts is oxidized and the protective layer peels off the contact tracks.
  • the problem solved by the claimed invention is the creation of a semiconductor resistor based on strain-sensitive semiconductor materials, which when used as an element (s) of a strain gauge sensor of mechanical quantities provides higher technical parameters and increased reliability of the welded connection of the output conductors of the sensor when working in conditions of elevated temperatures up to 350 ° C.
  • the technical result of the claimed invention is to increase the heat resistance of a semiconductor resistor, increase the stability of electrical parameters, increase the reliability of the formed welded electrical connections and increase resistance to aggressive environments at elevated temperatures.
  • the semiconductor resistor includes an insulating layer formed on the substrate, on top of which a semiconductor layer is formed, provided at the ends with contacts made of metal layers, characterized in that the contacts are made of four layers, and the first layer is located on part of the surface semiconductor and on the part of the insulating layer is made of aluminum, the second layer is made of intermetallic Ni-Al, the third layer of contact tracks is made of nor cell, and the fourth layer is made of intermetallic Ni-Al, and this structure is additionally coated with an outer layer of protective coating.
  • the external protective coating is made of silicon oxide SiO.
  • the semiconductor layer consists of a substance selected from the group: samarium monosulfide, silicon, gallium arsenide, gallium nitride.
  • the semiconductor layer has a polycrystalline structure.
  • the intermetallic layers are made of an alloy containing an alloy of nickel and aluminum.
  • FIG. 1 semiconductor resistor
  • the semiconductor resistor includes an insulating layer (2) formed on the substrate (1). On top of which a semiconductor layer (3) is formed, provided at the ends with contacts with contact paths necessary to ensure electrical connection of the semiconductor resistor.
  • the contacts are located on the edges of the surface of the semiconductor layer (3) with the transition to the insulating layer (2).
  • the contacts are made of four layers: the first layer (4), located at the edges on part of the semiconductor surface and on the part of the insulating layer and is made of aluminum, the next layer (5) is made of Ni-Al intermetallic compound, on which nickel layer (6) is formed, the outer layer (7) is also made of intermetallic Ni-Al.
  • the resulting structure is covered with a layer (8) of silicon oxide SiO, which ensures the stability of a semiconductor resistor in aggressive environments.
  • the semiconductor layer (3) consists of a substance selected from the group: lanthanide monosulfides, silicon, gallium arsenide, gallium nitride; the semiconductor layer (3) has a polycrystalline structure; layers (5 and 7) of intermetallic compounds are composed of nickel and aluminum; between the layers (5 and 7) of the intermetallic compounds there is a layer (6) of nickel; the insulating layer (2) is made of silicon oxide, aluminum oxide, silicon carbide; additionally includes a layer (8) of an external protective coating made of silicon oxide SiO.
  • a semiconductor resistor based on the strain-sensitive semiconductor materials according to the invention as an element of the strain gauge sensor of mechanical quantities is made as follows.
  • the thickness of the insulating layer depends on the required breakdown voltage of the final product.
  • a semiconductor layer (3) with a polycrystalline structure (samarium monosulfide, gallium arsenide, etc.) is usually formed in the form of a tape (parallelepiped), the sizes are selected depending on the required resistance value.
  • contacts and communication paths are formed - conductors, which provide an electrical connection of the semiconductor resistor with other elements of the strain gauge sensor.
  • the contacts are four-layer.
  • an aluminum layer (4) is applied onto which a Ni-Al intermetallic layer (5) is applied.
  • the intermetallic layer (5) is intended to provide good adhesive properties of two dissimilar metals.
  • the main layer (6) of the contact tracks is formed, consisting of nickel (6), which ensures the stability of the electrical properties of the conductive tracks.
  • a Ni-Al intermetallic layer (7) is formed on top of the nickel layer (6).
  • the layer (7) is necessary to ensure the simplicity and reliability of the connection of the semiconductor resistor according to the invention and the sensor as a whole to the measuring instruments.
  • the surface layer (7) of the Ni-Al intermetallic compound increases the adhesion of the protective layer to the connecting tracks and contacts.
  • an outer layer (8) of a protective coating made of silicon oxide SiO is applied, which ensures the stability of the semiconductor resistor in aggressive environments.
  • Example 1 We used a semiconductor resistor according to the invention, the elements of which were obtained by vacuum deposition, including an insulating layer of silicon oxide SiO with a thickness of 5 ⁇ m, a layer of polycrystalline samarium monosulfide 0.5 ⁇ m thick and 200 ⁇ m wide.
  • the advantage of the semiconductor resistors according to the invention at temperatures above 250 ° C was: open, not protected by an external layer of SiO, metal contacts did not oxidize and retained their electrical and mechanical properties; not peeling of the SiO protective layer from the surface layer of metal contacts and connecting paths occurred.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)

Abstract

The invention relates to semiconductor instrument technology, in particular to the manufacturing of thermal resistors and strain resistors on the basis of strain-sensitive semiconductor materials. A resistor comprises an insulating layer which is formed on a substrate and above which a semiconductor layer is formed, the ends of which are provided with contacts formed from metal layers. The contacts are formed with four layers. The first layer is arranged on a portion of the semiconductor surface and on a portion of the insulating layer and is formed from aluminium. The second layer is formed from an intermetallic Ni-Al compound. The third layer of contact tracks is formed from nickel. The fourth layer is formed from an intermetallic Ni-Al compound. Said structure is additionally coated with an external layer of a protective coating formed from silicon oxide SiO. Use of the invention provides stable electrical parameters and increased resistance to the action of elevated temperatures.

Description

ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ РЕЗИСТОР  SEMICONDUCTOR RESISTOR
Область техники, к которой относится изобретение  FIELD OF THE INVENTION
Изобретение относится к технике полупроводниковых приборов, в частности к изготовлению термо- и тензорезисторов на основе тензочувствительных полупроводниковых материалов. The invention relates to techniques for semiconductor devices, in particular to the manufacture of thermo- and strain gauges based on strain-sensitive semiconductor materials.
Уровень техники State of the art
Известен покрытый защитным лаковым покрытием полупроводниковый тензо- или барорезистор на основе полупроводникового материала - моносульфида самария SmS. Полупроводниковый резистор сформирован на стеклянной подложке и включает слой поликристаллического моносульфида самария SmS в виде ленты, снабженный на концах токосъемными контактами (контактными площадками с контактными дорожками), выполненными из никеля методом вакуумного напыления и расположенными на части поверхности слоя моносульфида самария и подложки (SU 1820790 А1, H01L 21/34, опубл. 1995.03.27.). Known coated with a protective varnish coating a semiconductor strain gauge or bar resistor based on a semiconductor material - samarium monosulfide SmS. The semiconductor resistor is formed on a glass substrate and includes a tape-shaped polycrystalline Samarium monosulfide SmS layer equipped with current collector contacts (contact pads with contact tracks) made of nickel by vacuum deposition and located on a part of the surface of the samarium monosulfide layer and the substrate (SU 1820790 A1 , H01L 21/34, publ. 1995.03.27.).
Недостатком известного полупроводникового резистора является высокое омическое сопротивление контакта (моносульфид самария-никель), отслаивание никеля и достаточно высокая зависимость сопротивления контакта от температуры, что снижает эксплуатационные и метрологические характеристики полупроводникового резистора на основе моносульфида самария, применяемого в качестве тензорезистора. Низкая механическая стойкость, высокий уровень шумов, значительные погрешности в измерениях при динамических изменениях температуры. Для частичного устранения указанных недостатков необходимо дополнительно применять дорогостоящие и трудоемкие операции, в частности, дополнительное неоднократное механическое воздействие на контактные площадки из никеля, кобальта, путем надавливания индентором до достижения постоянства сопротивления контакта (SU 238434, H01L 21/02, опубл. 1994.12.15.). A disadvantage of the known semiconductor resistor is the high ohmic contact resistance (samarium-nickel monosulfide), nickel peeling and a rather high temperature dependence of the contact resistance, which reduces the operational and metrological characteristics of the semiconductor resistor based on samarium monosulfide used as a strain gauge. Low mechanical resistance, high noise level, significant measurement errors during dynamic temperature changes. To partially eliminate these drawbacks, it is necessary to additionally use expensive and time-consuming operations, in particular, additional repeated mechanical impact on the contact pads of nickel, cobalt, by pressing the indenter until the contact resistance is constant (SU 238434, H01L 21/02, publ. 1994.12.15 .).
Также известен из уровня техники полупроводниковый резистор, включающий сформированный на подложке изоляционный слой из окиси кремния, стекла или слюды, расположенный на нем слой полупроводника - моносульфид самария в виде ленты (параллелепипеда) толщиной 0,5-1,0 мкм. Слой полупроводника снабжен на концах токосъемными контактами (включая контактные дорожки), выполненными из никеля или кобальта методом вакуумного напыления и расположенными на части поверхности слоя моносульфида самария и изоляционного слоя (WO 99/24804, G01L 1/22, 25/00, 27/00, опубл. 1999.05.25.). A semiconductor resistor is also known in the art, including an insulating layer of silicon oxide, glass or mica formed on a substrate, a semiconductor layer located thereon — samarium monosulfide in the form of a tape (parallelepiped) with a thickness of 0.5-1.0 μm. The semiconductor layer is provided at the ends with current collector contacts (including contact tracks) made of nickel or cobalt by vacuum deposition and located on part of the layer surface monosulfide of samarium and an insulating layer (WO 99/24804, G01L 1/22, 25/00, 27/00, publ. 1999.05.25.).
Недостатком данного полупроводникового резистора является высокое омическое сопротивление контакта моносульфид самария-никель (моносульфид самария-кобальт), отслаивание напыленного металла от подложки и достаточно высокая зависимость сопротивления контакта от температуры, что снижает эксплуатационные и метрологические характеристики полупроводникого резистора, применяемого в качестве тензорезистора: низкая механическая стойкость, высокий уровень шумов, значительные погрешности в измерениях при динамических изменениях температуры, изменение электрических параметров со временем. The disadvantage of this semiconductor resistor is the high ohmic contact resistance of samarium-nickel monosulphide (samarium-cobalt monosulphide), peeling of the deposited metal from the substrate and a rather high temperature dependence of the contact resistance, which reduces the operational and metrological characteristics of the semiconductor resistor used as a strain gauge: low mechanical resistance, high noise level, significant measurement errors with dynamic changes in temperature urs, changing the electrical parameters over time.
Наиболее близким аналогом заявленного изобретения является полупроводниковый резистор на основе тензочувствительных полупроводниковых материалов датчика механических величин. Полупроводниковый резистор включает сформированный на подложке изоляционный слой, расположенный на нем слой полупроводника в виде ленты толщиной 0,1-1,0 мкм, снабженный на концах контактами, выполненными в виде слоя металла, расположенного на части поверхности слоя полупроводника и изоляционном слое. Контакты выполнены трехслойными, причем первый слой, расположенный на части поверхности полупроводника и изоляционном слое, выполнен из алюминия, срединный слой выполнен из сплава алюминия с никелем или кобальтом, а внешний слой выполнен из никеля или кобальта (RU 2367062 CI, H01L29/84, опубл. 10.09.2009). The closest analogue of the claimed invention is a semiconductor resistor based on strain-sensitive semiconductor materials of the sensor of mechanical quantities. The semiconductor resistor includes an insulating layer formed on the substrate, a semiconductor layer on it in the form of a tape 0.1-1.0 μm thick, provided at the ends with contacts made in the form of a metal layer located on a part of the surface of the semiconductor layer and the insulating layer. The contacts are made of three layers, with the first layer located on a part of the semiconductor surface and the insulating layer made of aluminum, the middle layer is made of an alloy of aluminum with nickel or cobalt, and the outer layer is made of nickel or cobalt (RU 2367062 CI, H01L29 / 84, publ. 10.09.2009).
Недостатком известного полупроводникового резистора является узкий диапазон рабочих температур от -40 до +125 оС, сложность проведения операции микросварки алюминиевых токовводов к никелевым контактам, а также низкая надежность полученного соединения. При температурах свыше 250 оС происходит окисление поверхностного слоя никелевых контактов и отслоение защитного слоя от контактных дорожек. A disadvantage of the known semiconductor resistor is a narrow range of operating temperatures from -40 to +125 ° C, the complexity of the operation of microwelding aluminum current leads to nickel contacts, as well as the low reliability of the obtained connection. At temperatures above 250 ° C, the surface layer of nickel contacts is oxidized and the protective layer peels off the contact tracks.
Сущность изобретения SUMMARY OF THE INVENTION
Задачей, решаемой заявленным изобретением, является создание полупроводникового резистора на основе тензочувствительных полупроводниковых материалов, который при его использовании в качестве элемента (элементов) тензорезистивного датчика механических величин обеспечивает более высокие технические параметры и повышенную надежность сварного соединения выводных проводников датчика при работах в условиях повышенных температур до 350 оС. The problem solved by the claimed invention is the creation of a semiconductor resistor based on strain-sensitive semiconductor materials, which when used as an element (s) of a strain gauge sensor of mechanical quantities provides higher technical parameters and increased reliability of the welded connection of the output conductors of the sensor when working in conditions of elevated temperatures up to 350 ° C.
Технический результат заявленного изобретения заключается в повышении термостойкости полупроводникового резистора, повышении стабильности электрических параметров, в увеличении надежности сформированных сварных электросоединений и в повышении устойчивости к воздействию агрессивных сред при повышенных температурах. The technical result of the claimed invention is to increase the heat resistance of a semiconductor resistor, increase the stability of electrical parameters, increase the reliability of the formed welded electrical connections and increase resistance to aggressive environments at elevated temperatures.
Технический результат заявленного изобретения достигается за счет того, что полупроводниковый резистор включает сформированный на подложке изоляционный слой, поверх которого сформирован слой полупроводника, снабженный на концах контактами, выполненными из слоев металлов, отличающийся тем, что контакты выполнены четырехслойными, причем первый слой расположен на части поверхности полупроводника и на части изоляционного слоя выполнен из алюминия, второй слой выполнен из интерметаллида Ni-Al, третий слой контактных дорожек выполнен из никеля, и четвертый слой выполнен из интерметаллида Ni-Al, причем указанная структура дополнительно покрыта внешним слоем защитного покрытия. The technical result of the claimed invention is achieved due to the fact that the semiconductor resistor includes an insulating layer formed on the substrate, on top of which a semiconductor layer is formed, provided at the ends with contacts made of metal layers, characterized in that the contacts are made of four layers, and the first layer is located on part of the surface semiconductor and on the part of the insulating layer is made of aluminum, the second layer is made of intermetallic Ni-Al, the third layer of contact tracks is made of nor cell, and the fourth layer is made of intermetallic Ni-Al, and this structure is additionally coated with an outer layer of protective coating.
В частном случае реализации заявленного технического решения внешнее защитное покрытие, выполнено из оксида кремния SiO. In the particular case of the implementation of the claimed technical solution, the external protective coating is made of silicon oxide SiO.
В частном случае реализации заявленного технического решения слой полупроводника состоит из вещества, выбранного из группы: моносульфид самария, кремний, арсенид галлия, нитрид галлия. In the particular case of the implementation of the claimed technical solution, the semiconductor layer consists of a substance selected from the group: samarium monosulfide, silicon, gallium arsenide, gallium nitride.
В частном случае реализации заявленного технического решения слой полупроводника имеет поликристаллическую структуру. In the particular case of the implementation of the claimed technical solution, the semiconductor layer has a polycrystalline structure.
В частном случае реализации заявленного технического решения слои интерметаллидов выполнены из сплава, содержащего сплав никеля и алюминия. In the particular case of the implementation of the claimed technical solution, the intermetallic layers are made of an alloy containing an alloy of nickel and aluminum.
Краткое описание чертежей Brief Description of the Drawings
Детали, признаки, а также преимущества настоящего изобретения следуют из нижеследующего описания вариантов реализации заявленного технического решения с использованием чертежей, на которых показано: Details, features, and advantages of the present invention follow from the following description of embodiments of the claimed technical solution using the drawings, which show:
Фиг. 1 - полупроводниковый резистор; На фигурах цифрами обозначены следующие позиции: FIG. 1 - semiconductor resistor; In the figures, the numbers indicate the following positions:
1 - подложка; 2 - изоляционный слой; 3 - слой полупроводника; 4 - слой А1; 5 - слой интерметаллида Ni-Al; 6 - слой Ni; 7 - слой интерметаллида Ni-Al; 8 - защитный слой SiO. 1 - substrate; 2 - an insulating layer; 3 - semiconductor layer; 4 - layer A1; 5 - a layer of intermetallic Ni-Al; 6 - layer of Ni; 7 - a layer of intermetallic Ni-Al; 8 - a protective layer of SiO.
Раскрытие изобретения Disclosure of invention
Полупроводниковый резистор включает сформированный на подложке (1) изоляционный слой (2). Поверх которого сформирован слой (3) полупроводника, снабженный на концах контактами с контактными дорожками, необходимыми для обеспечения электрического соединения полупроводникового резистора. Контакты расположены по краям поверхности слоя полупроводника (3) с переходом на изоляционный слой (2). Контакты выполнены четырехслойными: первый слой (4), расположен по краям на части поверхности полупроводника и на части изоляционного слоя и выполнен из алюминия, следующий слой (5) выполнен из интерметаллида Ni-Al, на котором сформирован слой никеля (6), внешний слой (7) выполнен также из интерметаллида Ni-Al. The semiconductor resistor includes an insulating layer (2) formed on the substrate (1). On top of which a semiconductor layer (3) is formed, provided at the ends with contacts with contact paths necessary to ensure electrical connection of the semiconductor resistor. The contacts are located on the edges of the surface of the semiconductor layer (3) with the transition to the insulating layer (2). The contacts are made of four layers: the first layer (4), located at the edges on part of the semiconductor surface and on the part of the insulating layer and is made of aluminum, the next layer (5) is made of Ni-Al intermetallic compound, on which nickel layer (6) is formed, the outer layer (7) is also made of intermetallic Ni-Al.
Полученная структура накрыта слоем (8) оксида кремния SiO, обеспечивающим устойчивость полупроводникового резистора в агрессивных средах. The resulting structure is covered with a layer (8) of silicon oxide SiO, which ensures the stability of a semiconductor resistor in aggressive environments.
Кроме того, слой (3) полупроводника состоит из вещества, выбранного из группы: моносульфиды лантаноидов, кремний, арсенид галлия, нитрид галлия; слой (3) полупроводника имеет поликристаллическую структуру; слои (5 и 7) интерметаллидов состоят из никеля и алюминия; между слоями (5 и 7) интерметаллидов находится слой (6) из никеля; изоляционный слой (2) выполнен из оксида кремния, оксида алюминия, карбида кремния; дополнительно включает слой (8) внешнего защитного покрытия, выполненного из оксида кремния SiO. In addition, the semiconductor layer (3) consists of a substance selected from the group: lanthanide monosulfides, silicon, gallium arsenide, gallium nitride; the semiconductor layer (3) has a polycrystalline structure; layers (5 and 7) of intermetallic compounds are composed of nickel and aluminum; between the layers (5 and 7) of the intermetallic compounds there is a layer (6) of nickel; the insulating layer (2) is made of silicon oxide, aluminum oxide, silicon carbide; additionally includes a layer (8) of an external protective coating made of silicon oxide SiO.
Полупроводниковый резистор на основе тензочувствительных полупроводниковых материалов по изобретению как элемент тензорезистивного датчика механических величин изготавливают следующим образом. На подложку (1) из металла или иного органического или неорганического материала, которая служит упругим элементом тензорезистивного датчика, известным способом, например, напылением в вакууме, наносят тонкий изоляционный слой (2) из известных диэлектриков: оксид кремния, оксид алюминия, карбид кремния, нитрид кремния и т.д. Толщина изоляционного слоя зависит от необходимой величины пробивного напряжения конечного изделия. Затем, также известным способом формируют слой (3) полупроводника с поликристаллической структурой (моносульфид самария, арсенид галлия и т.д.) обычно в виде ленты (параллелепипеда), размеры подбираются в зависимости от необходимого номинала сопротивления. Далее известными способами формируют контакты и коммуникационные дорожки - проводники, которые обеспечивают электрическое соединение полупроводникового резистора с другими элементами тензорезистивного датчика. Контакты выполнены четырехслойными. Сначала наносят слой (4) алюминия, на который наносится слой (5) интерметаллида Ni-Al. Слой (5) интерметаллида предназначен для обеспечения хороших адгезионных свойств двух разнородных металлов. После этого формируют основной слой (6) контактных дорожек, состоящий из никеля (6), который обеспечивает стабильность электрических свойств токопроводящих дорожек. Поверх слоя (6) никеля формируют слой (7) интерметаллида Ni-Al. Слой (7) необходим для обеспечения простоты и надежности присоединения полупроводникового резистора по изобретению и датчика в целом к средствам измерения. Так же поверхностный слой (7) интерметаллида Ni-Al увеличивает адгезию защитного слоя к соединительным дорожкам и контактам. В заключении известными способами наносят внешний слой (8) защитного покрытия, выполненного из оксида кремния SiO, обеспечивающего устойчивость полупроводникового резистора в агрессивных средах. A semiconductor resistor based on the strain-sensitive semiconductor materials according to the invention as an element of the strain gauge sensor of mechanical quantities is made as follows. A thin insulating layer (2) of known dielectrics: silicon oxide, aluminum oxide, silicon carbide, is applied to a substrate (1) of a metal or other organic or inorganic material, which serves as an elastic element of a strain gauge sensor, for example, by vacuum deposition. silicon nitride, etc. The thickness of the insulating layer depends on the required breakdown voltage of the final product. Then, in a known manner, a semiconductor layer (3) with a polycrystalline structure (samarium monosulfide, gallium arsenide, etc.) is usually formed in the form of a tape (parallelepiped), the sizes are selected depending on the required resistance value. Further, by known methods, contacts and communication paths are formed - conductors, which provide an electrical connection of the semiconductor resistor with other elements of the strain gauge sensor. The contacts are four-layer. First, an aluminum layer (4) is applied onto which a Ni-Al intermetallic layer (5) is applied. The intermetallic layer (5) is intended to provide good adhesive properties of two dissimilar metals. After that, the main layer (6) of the contact tracks is formed, consisting of nickel (6), which ensures the stability of the electrical properties of the conductive tracks. On top of the nickel layer (6), a Ni-Al intermetallic layer (7) is formed. The layer (7) is necessary to ensure the simplicity and reliability of the connection of the semiconductor resistor according to the invention and the sensor as a whole to the measuring instruments. Also, the surface layer (7) of the Ni-Al intermetallic compound increases the adhesion of the protective layer to the connecting tracks and contacts. In conclusion, by the known methods, an outer layer (8) of a protective coating made of silicon oxide SiO is applied, which ensures the stability of the semiconductor resistor in aggressive environments.
Достижение технического результата может быть проиллюстрировано примером. В качестве объекта сравнения был использован стандартный тензорезистор на основе моносульфида самария, полученный по известной технологии наиболее близкого аналога. The achievement of the technical result can be illustrated by example. As the object of comparison, a standard strain gauge based on samarium monosulfide obtained using the known technology of the closest analogue was used.
Пример 1. Использован полупроводниковый резистор по изобретению, элементы которого были получены вакуумным напылением, включающий изоляционный слой из оксида кремния SiO толщиной 5 мкм, слой поликристаллического моносульфида самария толщиной 0,5 мкм и шириной 200 мкм. Слой металлического четырехслойного контакта, суммарной толщиной 0,5 мкм, которая складывается из: 0,05 мкм подслоя алюминия, 0,1 мкм первого слоя интерметаллида Ni-Al, содержащего 60 мас.% никеля - остальное алюминий, 0,25 мкм слоя никеля и 0,1 мкм верхнего слоя интерметаллида Ni-Al, содержащего 60 мае. % никеля - остальное алюминий, внешнего защитного слоя оксида кремния SiO толщиной 1,5 мкм. Example 1. We used a semiconductor resistor according to the invention, the elements of which were obtained by vacuum deposition, including an insulating layer of silicon oxide SiO with a thickness of 5 μm, a layer of polycrystalline samarium monosulfide 0.5 μm thick and 200 μm wide. A layer of metal four-layer contact, with a total thickness of 0.5 μm, which consists of: 0.05 μm of an aluminum sublayer, 0.1 μm of the first layer of Ni-Al intermetallic containing 60 wt.% Nickel - the rest is aluminum, 0.25 μm of a nickel layer and 0.1 μm of the upper layer of Ni-Al intermetallic containing May 60. % nickel - the rest is aluminum, an external protective layer of silicon oxide SiO with a thickness of 1.5 microns.
Преимущество полупроводниковых резисторов по изобретению при температурах свыше 250 оС, составило: открытые, не защищенные внешним слоем SiO, металлические контакты не окислились и сохранили свои электрические и механические свойства; не произошло отслоения защитного слоя SiO от поверхностного слоя металлических контактов и соединительных дорожек. The advantage of the semiconductor resistors according to the invention at temperatures above 250 ° C was: open, not protected by an external layer of SiO, metal contacts did not oxidize and retained their electrical and mechanical properties; not peeling of the SiO protective layer from the surface layer of metal contacts and connecting paths occurred.
Литература: Literature:
1. Структура и фазовый состав многослойных покрытий на основе системы Ni-Al; М.В. Федорищева, В.П. Сергеев, М.П. Калашников, А.В. Воронов, И.А. Божко; Институт физики прочности и материаловедения СО РАН, Россия, г. Томск, Фазовые переходы, межфазные границы и нанотехнологии, 2015 г., Ν°1 1. The structure and phase composition of multilayer coatings based on the Ni-Al system; M.V. Fedorishcheva, V.P. Sergeev, M.P. Kalashnikov A.V. Voronov, I.A. Bozhko; Institute of Strength Physics and Materials Science SB RAS, Russia, Tomsk, Phase Transitions, Interphase Borders and Nanotechnology, 2015, Ν ° 1

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ CLAIM
1. Полупроводниковый резистор включает сформированный на подложке изоляционный слой, поверх которого сформирован слой полупроводника, снабженный на концах контактами, выполненными из слоев металлов, отличающийся тем, что контакты выполнены четырехслойными, причем первый слой расположен на части поверхности полупроводника и на части изоляционного слоя, выполнен из алюминия, второй слой выполнен из интерметаллида Ni-Al, третий слой контактных дорожек выполнен из никеля, и четвертый слой выполнен из интерметаллида Ni-Al, причем указанная структура дополнительно покрыта внешним слоем защитного покрытия. 1. The semiconductor resistor includes an insulating layer formed on the substrate, over which a semiconductor layer is formed, provided at the ends with contacts made of metal layers, characterized in that the contacts are four-layer, the first layer being located on a part of the surface of the semiconductor and on a part of the insulating layer, of aluminum, the second layer is made of Ni-Al intermetallic, the third layer of contact tracks is made of nickel, and the fourth layer is made of Ni-Al intermetallic, and Keturah further coated with an outer layer of protective coating.
2. Резистор по п.1, отличающийся тем, что внешнее защитное покрытие, выполнено из оксида кремния SiO. 2. The resistor according to claim 1, characterized in that the external protective coating is made of silicon oxide SiO.
3. Резистор по п.1, отличающийся тем, что слой полупроводника состоит из вещества, выбранного из группы: моносульфид самария, кремний, арсенид галлия, нитрид галлия. 3. The resistor according to claim 1, characterized in that the semiconductor layer consists of a substance selected from the group: samarium monosulfide, silicon, gallium arsenide, gallium nitride.
4. Резистор по п.1, отличающийся тем, что слой полупроводника имеет поликристаллическую структуру. 4. The resistor according to claim 1, characterized in that the semiconductor layer has a polycrystalline structure.
5. Резистор по п.1, отличающийся тем, что слои интерметаллидов выполнены из сплава, содержащего сплав никеля и алюминия. 5. The resistor according to claim 1, characterized in that the intermetallic layers are made of an alloy containing an alloy of nickel and aluminum.
PCT/RU2016/000910 2016-12-14 2016-12-22 Semiconductor resistor WO2018111136A1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016149195 2016-12-14
RU2016149195A RU2655698C1 (en) 2016-12-14 2016-12-14 Semiconductor resistor

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2018111136A1 true WO2018111136A1 (en) 2018-06-21

Family

ID=62559103

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2016/000910 WO2018111136A1 (en) 2016-12-14 2016-12-22 Semiconductor resistor

Country Status (2)

Country Link
RU (1) RU2655698C1 (en)
WO (1) WO2018111136A1 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU897052A1 (en) * 1980-07-18 1984-05-30 Проектно-Технологический И Научно-Исследовательский Институт Method for making semiconductor devices with resistors
RU2024989C1 (en) * 1990-10-22 1994-12-15 Физико-технический институт им.А.Ф.Иоффе РАН Process of manufacture of ohmic contacts for semiconductor resistors based on monosulfide of samarium
WO1999024804A1 (en) * 1997-11-06 1999-05-20 Powerco S.P.A. A strain gauge strip and applications thereof
RU2367062C1 (en) * 2008-05-15 2009-09-10 Общество с ограниченной ответственностью "Сенсор" Semiconductor resistor
RU129214U1 (en) * 2012-10-22 2013-06-20 Светлана Викторовна Чуппина HIGH TEMPERATURE SEMICONDUCTOR TENSOR RESISTOR

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1820790A1 (en) * 1991-05-30 1995-03-27 Физико-технический институт им.А.Ф.Иоффе Process of manufacture of semiconductor strain gauges based on samarium monosulfide
DE19527209A1 (en) * 1995-07-27 1997-01-30 Philips Patentverwaltung Semiconductor device
RU2367061C1 (en) * 2008-05-15 2009-09-10 Общество с ограниченной ответственностью "Сенсор" High-voltage strain sensor
US20140159180A1 (en) * 2012-12-06 2014-06-12 Agency For Science, Technology And Research Semiconductor resistor structure and semiconductor photomultiplier device

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU897052A1 (en) * 1980-07-18 1984-05-30 Проектно-Технологический И Научно-Исследовательский Институт Method for making semiconductor devices with resistors
RU2024989C1 (en) * 1990-10-22 1994-12-15 Физико-технический институт им.А.Ф.Иоффе РАН Process of manufacture of ohmic contacts for semiconductor resistors based on monosulfide of samarium
WO1999024804A1 (en) * 1997-11-06 1999-05-20 Powerco S.P.A. A strain gauge strip and applications thereof
RU2367062C1 (en) * 2008-05-15 2009-09-10 Общество с ограниченной ответственностью "Сенсор" Semiconductor resistor
RU129214U1 (en) * 2012-10-22 2013-06-20 Светлана Викторовна Чуппина HIGH TEMPERATURE SEMICONDUCTOR TENSOR RESISTOR

Also Published As

Publication number Publication date
RU2655698C1 (en) 2018-05-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5796360B2 (en) Thermistor material, temperature sensor, and manufacturing method thereof
JPH05347440A (en) Threshold switching device
JP2013538462A (en) Printed temperature sensor
JP5884110B2 (en) Strain resistance element and strain detection apparatus using the same
RU2367062C1 (en) Semiconductor resistor
WO2010014336A1 (en) Thermocouple for gas turbine environments
CN105355349B (en) Thin film resistor and preparation method thereof
RU2367061C1 (en) High-voltage strain sensor
RU2655698C1 (en) Semiconductor resistor
CN105021303B (en) A kind of manufacturing method of temperature sensor of aluminium base sensitive material
EP3178097B1 (en) Varistor having multilayer coating and fabrication method
JP7318022B2 (en) NTC thin film thermistor and method for manufacturing NTC thin film thermistor
JP2019184284A (en) Strain gauge
RU2646545C1 (en) Semiconductor resistor
CN103680787A (en) Flexible precision resistor and preparation method thereof
US20220283040A1 (en) Sensor Element and Method for Manufacturing a Sensor Element
JPS6334414B2 (en)
JP2021139804A (en) Strain gauge
RU2584032C1 (en) Film resistor
TW202125541A (en) Thin film resistor element
JP5029885B2 (en) Thin film thermistor element and manufacturing method thereof
JP4398576B2 (en) Resistor board
CN107993782A (en) A kind of laminated film resistance of low resistance temperature coefficient and preparation method thereof
JP3756373B2 (en) Protective film for insulating substrate, thin film laminate, and thin film sensor
CN117346911A (en) Film thermocouple and preparation method thereof

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 16923893

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 16923893

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 16923893

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

32PN Ep: public notification in the ep bulletin as address of the adressee cannot be established

Free format text: NOTING OF LOSS OF RIGHTS PURSUANT TO RULE 112(1) EPC (EPO FORM 1205A DATED 19.12.2019)

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 16923893

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1