溫度傳感器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本申請涉及溫度傳感器以及對應(yīng)的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]溫度傳感器通常被用在許多應(yīng)用中以測量溫度。為了精確的溫度測量，通常期望傳感器自身具有低的功率耗散，特別地在傳感器的位置處，因為功率耗散可能引起加熱，這進而可以影響測量本身。對于一些應(yīng)用，還期望溫度傳感器對磁場是魯棒的。
[0003]傳統(tǒng)溫度傳感器可以例如基于pn二極管或者基于例如由鉑制成的測量電阻器。兩種類型的傳感器都要求恒定的電流并且因此引起對應(yīng)的功率耗散。此外，電容性溫度傳感器被使用，所述電容性溫度傳感器在傳感器自身處本質(zhì)上不具有功率耗散。傳統(tǒng)的電容性溫度傳感器基于電介質(zhì)材料，所述電介質(zhì)材料的介電常數(shù)具有強的溫度相關(guān)性。
【附圖說明】
[0004]圖1是根據(jù)實施例的連同測量電路的溫度傳感器的示意的表示。
[0005]圖2圖示根據(jù)實施例的溫度傳感器的示意的等效電路。
[0006]圖3圖示根據(jù)實施例的溫度傳感器。
[0007]圖4圖示根據(jù)實施例的溫度傳感器的摻雜劑分布。
[0008]圖5是用于圖示根據(jù)一些實施例的溫度傳感器的運行的電路圖。
[0009]圖6至11是圖示用于根據(jù)一些實施例的溫度傳感器的材料的可能的選擇的各種圖。
[0010]圖12是包括根據(jù)實施例的溫度傳感器的晶體管器件的示意的表示。
[0011]圖13是圖示用于制造根據(jù)實施例的溫度傳感器的方法的流程圖。
[0012]圖14是圖示根據(jù)進一步的實施例的與器件集成的傳感器以及其控制的圖。
[0013]圖15圖示根據(jù)另一個實施例的與器件集成的傳感器。
[0014]圖16圖示根據(jù)實施例的溫度傳感器的等效電路。
[0015]圖17和18示出在一些實施例中可用的示例信號。
[0016]圖19是圖示根據(jù)進一步的實施例的與器件集成的溫度傳感器的示意的側(cè)視圖。
[0017]圖20圖示根據(jù)進一步的實施例的與器件集成的溫度傳感器的等效電路。
[0018]圖21圖示了圖示用于讀取根據(jù)實施例的溫度傳感器的方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0019]在下面，將參考附圖具體描述各種實施例。應(yīng)該指出這些實施例僅僅為了說明目的而被給出并且將不被解釋為限制本申請的范圍。
[0020]在下面描述的或在附圖中示出的不同實施例的特征可以彼此組合，除非另外明確地指出。而且，關(guān)于實施例中的一個描述的修改或變化對于其他實施例也可以是可應(yīng)用的，除非相反地指出。
[0021]此外，雖然實施例可以被描述為包括多個不同的元件或特征，但是在其他實施例中這些元件或特征中的一些可以被省略和/或由替換的特征或元件來代替。在其他實施例中，附加地或替換地，可以提供除了明確地描述和示出的特征或元件之外的進一步的特征或元件。
[0022]在附圖中示出的各種元件未必彼此成比例，并且在附圖中示出的各種元件的空間布置將不被解釋為限制，而將僅僅被當(dāng)作是示例。任何給定的數(shù)值用于說明目的并且可以根據(jù)特別的實現(xiàn)而變化。
[0023]在一些實施例中，提供了包括層部分的溫度傳感器。在一些情況下層部分可以是分離的可區(qū)分的層，但是在其他情況下也可以是具有某一性質(zhì)的部分，所述性質(zhì)然后例如從第一層部分到第二層部分逐漸地改變。在這樣的情況下，存在從一個層部分到另一個層部分的逐漸過渡。
[0024]在一些實施例中，可以針對溫度范圍來設(shè)計溫度傳感器。在所述溫度范圍內(nèi)，在一些實施例中，第一層部分可以本質(zhì)上具有電介質(zhì)(電絕緣)行為，而第二層部分可以具有溫度相關(guān)的電阻。例如，第二層部分的電阻可以在所述溫度范圍上根據(jù)溫度改變至少一個數(shù)量級，同時具有小于10 kQcm，例如小于5 k Ω cm，的比電阻。在一些實施例中，第一層部分可以包括電介質(zhì)材料和/或未摻雜或者低摻雜的半導(dǎo)體材料，并且可以具有大于10 kQcm,例如大于20 kQ cm，的比電阻。第二層部分可以包括例如至少在其部分中具有高于第一層部分的摻雜劑濃度的摻雜的半導(dǎo)體材料。在一些實施例中，第一層部分和/或第二層部分的半導(dǎo)體材料可以包括高帶隙材料，例如具有大于1.5 eV，例如大于2 eV，的帶隙的半導(dǎo)體材料。在其他實施例中，可以采用其他材料或技術(shù)，例如具有大于1.1 eV的能帶的半導(dǎo)體材料，例如硅。然而，在還有其他實施例中，可以使用具有甚至更低的帶隙的半導(dǎo)體材料。
[0025]在一些實施例中，提供了溫度傳感器器件，所述溫度傳感器器件包括:第一電極、半導(dǎo)體層以及第二電極，所述半導(dǎo)體層包括具有低于IxlO11 cm—3的摻雜劑濃度的第一層部分和具有至少5xl012 cm—3或至少IxlO13 cm—3的峰值摻雜劑濃度的第二層部分。
[0026]第二層部分中的摻雜劑濃度可以從第一層部分向第二電極增加。
[0027]在一些實施例中，半導(dǎo)體層進一步包括鄰近于第二電極的第三層部分，所述第三層部分中的摻雜劑濃度是至少IxlO17 cm-3o
[0028]在一些實施例中的半導(dǎo)體層可以包括寬帶隙的半導(dǎo)體。
[0029]在一些實施例中，可以提供方法，所述方法包括:
提供第一電極；
提供第一層部分，所述第一層部分在溫度范圍內(nèi)本質(zhì)上是非傳導(dǎo)的；
提供第二層部分，所述第二層部分在溫度范圍內(nèi)具有溫度相關(guān)電阻，以及提供第二電極。
[0030]在一些實施例中，提供第一層部分和/或提供第二層部分可以包括沉積半導(dǎo)體材料，但是不限于此。
[0031]在一些實施例中，可以提供操作器件的方法，所述器件包括:
半導(dǎo)體器件，所述半導(dǎo)體器件包括場效應(yīng)晶體管，和溫度傳感器器件，所述溫度傳感器器件包括:第一層部分，所述第一層部分在溫度范圍內(nèi)本質(zhì)上是非電傳導(dǎo)的；以及第二層部分，所述第二層部分在溫度范圍內(nèi)具有溫度相關(guān)的電阻，
其中所述半導(dǎo)體器件和溫度傳感器器件共享所述場效應(yīng)晶體管的源極端子或漏極端子中的至少一個，
所述方法包括:
在柵極端子與源極端子之間施加?xùn)艠O控制信號，并且在柵極端子和源極端子之間施加進一步的信號。
[0032]所述進一步的信號可以比柵極控制信號具有更高的頻率。
[0033]在一些實施例中的所述進一步的信號的頻率可以比柵極控制信號的頻率高至少一個數(shù)量級。
[0034]所述進一步的信號的振幅可以低于所述柵極控制信號的振幅，但是不局限于此。
[0035]所述方法可以進一步包括基于溫度傳感器器件對所述進一步的信號的響應(yīng)來確走溫度O
[0036]所述方法可以進一步包括基于確定的溫度來修改柵極控制信號，例如以實現(xiàn)溫度保護或溫度補償。
[0037]生成所述進一步的信號可以包括僅僅在柵極控制信號的部分期間生成所述進一步的信號。在其他實施例中，所述進一步的信號可以被連續(xù)地生成。
[0038]現(xiàn)轉(zhuǎn)向附圖，在圖1中圖示了與測量電路16耦合的根據(jù)實施例的溫度傳感器10的示意的橫截面視圖。所述溫度傳感器10可以包括第一電極11和第二電極12。在第一電極11與第二電極12之間，可以提供第一層部分13和第二層部分14。在第一層部分13之間的邊界或界面區(qū)域15不需要是突變界面，而過渡也可以是逐漸的過渡。第一電極11和第二電極12可以均是金屬電極，但是也可以均包括任何其他電傳導(dǎo)材料，例如摻雜的半導(dǎo)體材料。
[0039]第一層部分在關(guān)心的溫度范圍(即所述溫度傳感器10打算用于的溫度范圍)內(nèi)可以具有電介質(zhì)行為。本質(zhì)上，在這個方面的電介質(zhì)行為可以意指第一層部分13充當(dāng)例如具有超過10 Ι?Ω Cm的電阻的絕緣體。
[0040]例如，第一層部分13可以包括具有低于112cm—3(例如低于111 cm—3)的摻雜劑濃度的半導(dǎo)體材料，例如寬間隙半導(dǎo)體材料，盡管不限于此。例如，半導(dǎo)體材料可以是名義上未摻雜的(僅僅存在本底雜質(zhì))，或者可以具有例如高于本底雜質(zhì)濃度一個數(shù)量級的低的摻雜劑濃度，以提供定義明確的行為。
[0041 ]在其他實施例中，可以使用其他種類的電介質(zhì)材料，例如像二氧化硅的氧化物材料或像氮化硅的氮化物材料。在其他實施例中，也可以使用其他材料。
[0042]第二層部分14可以包括在關(guān)心的溫度范圍內(nèi)顯著地改變它的電阻的材料。在一些實施例中，第二層部分14的電阻可以在關(guān)心的溫度范圍上改變一個數(shù)量級或更多。例如，第二層部分14可以包括摻雜的半導(dǎo)體材料。摻雜劑濃度在第二層部分14之內(nèi)可以變化或者是恒定的。在一些實施例中，摻雜劑濃度可以向電極12增加以提供到第二電極12的良好的電接觸。可以根據(jù)關(guān)心的溫度范圍來選擇半導(dǎo)體材料、摻雜劑材料以及摻雜劑濃度。在一些實施例中，可以使用具有深摻雜劑能級(例如深施主能級或受主能級)的摻雜劑。例如，在摻雜劑能級與導(dǎo)帶(或價帶)之間的能量差可以是0.2 eV、0.3eV或甚至更多。應(yīng)該指出在一些實施例中可以使用多于一種摻雜劑。例如，在一些實施例中，可以使用寬帶隙半導(dǎo)體。在一些實施例中，與用于第一層部分13的半導(dǎo)體材料相同但是至少在第二層部分14的部分中具有更高的摻雜劑濃度的半導(dǎo)體材料可以被使用。稍后將更具體地給出合適的半導(dǎo)體和摻雜劑的示例。
[0043]圖2圖示針對圖1的溫度傳感器10的簡化的等效電路。應(yīng)該指出圖2的等效電路未必是溫度傳感器10的電功能的確切的表示，而可以是足夠來圖示基本的操作原理的近似。
[0044]在圖2中，端子20可以對應(yīng)于圖1的第一電極11，并且端子21可以對應(yīng)于圖1的第二電極12。
[0045]具有電介質(zhì)行為的第一層部分13本質(zhì)上作為電容器22進行操作。在關(guān)心的溫度范圍內(nèi)具有定義明確的溫度相關(guān)電阻的第