一種由常通向常斷狀態(tài)轉(zhuǎn)換的固態(tài)電子開(kāi)關(guān)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種由常通向常斷狀態(tài)轉(zhuǎn)換的固態(tài)電子開(kāi)關(guān)。本實(shí)用新型的固態(tài)電子開(kāi)關(guān)包括：襯底、控制橋、絕緣層、金屬互聯(lián)、被控橋、鈍化層、一對(duì)控制電極焊盤(pán)和一對(duì)被控電極焊盤(pán)；控制橋通過(guò)一對(duì)控制電極焊盤(pán)接入控制電路，從而接收來(lái)自控制電路的控制信號(hào)，被控橋通過(guò)一對(duì)被控電極焊盤(pán)接入被控電路。本實(shí)用新型的固態(tài)電子開(kāi)關(guān)僅在狀態(tài)轉(zhuǎn)換的瞬間消耗電能，而在保持接通和斷開(kāi)的狀態(tài)時(shí)均不需要消耗電能，具有雙穩(wěn)態(tài)特性；可以雙向?qū)?，不含任何可?dòng)部件，因此可以工作在惡劣的環(huán)境中；具備優(yōu)秀的抗靜電和電磁干擾的特性；基于集成電路半導(dǎo)體工藝，具有極好的與集成電路半導(dǎo)體工藝兼容性；可用作電火工品的短路保險(xiǎn)開(kāi)關(guān)。
【專利說(shuō)明】—種由常通向常斷狀態(tài)轉(zhuǎn)換的固態(tài)電子開(kāi)關(guān)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及微機(jī)電子開(kāi)關(guān)，具體涉及一種由常通向常斷狀態(tài)轉(zhuǎn)換的固態(tài)電子開(kāi)關(guān)。

【背景技術(shù)】
[0002]基于集成電路半導(dǎo)體工藝的微電子開(kāi)關(guān)主要包括二極管開(kāi)關(guān)和三極管開(kāi)關(guān)管，這些開(kāi)關(guān)管通常工作在飽和區(qū)或截止區(qū)，不是雙穩(wěn)態(tài)的，這就意味著維持開(kāi)關(guān)的閉合或斷開(kāi)需要持續(xù)能量供應(yīng)。對(duì)于二極管開(kāi)關(guān)，當(dāng)加載在PN節(jié)兩端的電壓高出其耐壓時(shí)，會(huì)出現(xiàn)擊穿，造成開(kāi)關(guān)管失去開(kāi)關(guān)功能。對(duì)于三極管開(kāi)關(guān)，閉合條件依賴于加載在發(fā)射極和集電極兩端的電壓差，因此在電路處在惡劣環(huán)境例如電路電源受外部溫度、電磁或力學(xué)沖擊而難以提供穩(wěn)定的電壓時(shí)，容易造成開(kāi)關(guān)管工作可靠性降低。并且這些開(kāi)關(guān)僅能實(shí)現(xiàn)單向?qū)?，使用存在一定的局限性?br> [0003]隨著微機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)加工技術(shù)的不斷進(jìn)步，基于微機(jī)電系統(tǒng)技術(shù)設(shè)計(jì)、加工的微開(kāi)關(guān)得到了快速的發(fā)展和應(yīng)用。微機(jī)電開(kāi)關(guān)中一般都由可動(dòng)部件在控制電壓或電流的激勵(lì)下發(fā)生橫向、縱向、法向或旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，可動(dòng)部件進(jìn)入到不同位置上來(lái)控制開(kāi)關(guān)的通斷。這類開(kāi)關(guān)可以在一定程度上降低外部電磁沖擊對(duì)于其工作的影響，并且可以實(shí)現(xiàn)雙向的導(dǎo)通，但其對(duì)力學(xué)沖擊和溫度沖擊較為敏感。由于其含有運(yùn)動(dòng)件，而通過(guò)可動(dòng)部件實(shí)現(xiàn)電氣連接使開(kāi)關(guān)結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，并且在進(jìn)行微加工并釋放的過(guò)程中容易產(chǎn)生結(jié)構(gòu)粘連從而造成成品率較低，同時(shí)可動(dòng)部件也難以滿足某些在長(zhǎng)期儲(chǔ)存后使用的需求。此外，大多數(shù)微機(jī)電開(kāi)關(guān)也不是雙穩(wěn)態(tài)的。此外，由于制造工藝問(wèn)題，這類開(kāi)關(guān)也難以與成熟的集成電路半導(dǎo)體工藝兼容。
[0004]由此期望一種具有雙穩(wěn)態(tài)特性，可以雙向?qū)?，?duì)外部溫度，電磁和力學(xué)條件不敏感的，不含有可動(dòng)部件并具有良好集成電路半導(dǎo)體工藝兼容性的開(kāi)關(guān)。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0005]針對(duì)以上現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，本實(shí)用新型提供一種基于集成電路半導(dǎo)體工藝的固態(tài)電子開(kāi)關(guān)，具有雙穩(wěn)態(tài)特性，可以雙向?qū)?，?duì)外部溫度，電磁和力學(xué)條件不敏感，不含有可動(dòng)部件，并與集成電路半導(dǎo)體工藝兼容。
[0006]本實(shí)用新型的目的在于提供一種由常通向常斷狀態(tài)轉(zhuǎn)換的固態(tài)電子開(kāi)關(guān)。
[0007]本實(shí)用新型的由常通向常斷狀態(tài)轉(zhuǎn)換的固態(tài)電子開(kāi)關(guān)包括:襯底、控制橋、絕緣層、金屬互聯(lián)、被控橋、鈍化層、一對(duì)控制電極焊盤(pán)和一對(duì)被控電極焊盤(pán)；其中，控制橋形成在襯底上，包括一對(duì)控制電極，以及連接二者的控制橋區(qū)；絕緣層覆蓋在控制橋上；絕緣層上與控制橋的一對(duì)控制電極正對(duì)的位置設(shè)置有多個(gè)通孔，形成通孔陣列；被控橋形成在絕緣層上，包括一對(duì)被控電極，以及連接二者的被控橋區(qū)；一對(duì)被控電極與一對(duì)控制電極的位置不重疊；被控橋區(qū)覆蓋控制橋區(qū)發(fā)生電爆的位置；鈍化層形成在被控橋上；在鈍化層中，分別與一對(duì)控制電極和一對(duì)被控電極相對(duì)的地方設(shè)置有焊盤(pán)通孔，一對(duì)控制電極焊盤(pán)和一對(duì)被控電極焊盤(pán)分別通過(guò)焊盤(pán)通孔嵌入鈍化層；金屬互聯(lián)通過(guò)絕緣層上的通孔陣列，將一對(duì)控制電極分別與一對(duì)控制電極焊盤(pán)電學(xué)互聯(lián)；一對(duì)被控電極分別與一對(duì)被控電極焊盤(pán)相接觸形成電學(xué)互聯(lián)；一對(duì)控制電極焊盤(pán)分別連接至控制電路的兩端；一對(duì)被控電極焊盤(pán)分別連接至被控電路的兩端。
[0008]控制橋的厚度不超過(guò)2 μ m，長(zhǎng)度不超過(guò)400 μ m,材料為Al或Cu，或者為重?fù)诫s的半導(dǎo)體多晶硅。被控橋的厚度不超過(guò)2 μ m，長(zhǎng)度不超過(guò)400 μ m,材料為Al或Cu，或者為重?fù)诫s的半導(dǎo)體多晶硅。為了減小電阻，控制橋的控制橋區(qū)，或者被控橋的被控橋區(qū)，形狀為矩形，寬度在2 μ m?40 μ m之間,或者形狀為中間窄兩端寬的結(jié)構(gòu)，并且為軸對(duì)稱的圖形，中間的最小寬度在2 μ m?40 μ m,兩端的最大的寬度在40 μ m?400 μ m。
[0009]絕緣層的厚度在0.5 μ m?2 μ m之間，用于保持控制橋和被控橋?qū)Ь€之間的絕緣。鈍化層位于最外層，材料采用與CMOS工藝相兼容的絕緣抗氧化材料，用于保護(hù)固態(tài)電子開(kāi)關(guān)，防止其被氧化。
[0010]控制橋通過(guò)一對(duì)控制電極焊盤(pán)接入控制電路，從而接收來(lái)自控制電路的控制信號(hào)。被控橋通過(guò)一對(duì)被控電極焊盤(pán)接入被控電路?？刂齐娐钒l(fā)出大幅值小脈寬電流的控制信號(hào)，控制橋發(fā)生電爆，控制橋區(qū)產(chǎn)生等離子體，等離子體膨脹做功將重疊在控制橋區(qū)之上的被控橋區(qū)破壞，被控橋斷開(kāi)，實(shí)現(xiàn)被控電路從常通向常斷狀態(tài)的轉(zhuǎn)換。被控橋是無(wú)極性的，因此可以雙向?qū)?。大幅值小脈寬電流的幅值為I?10安培，脈寬通常不超過(guò)10 μ S。
[0011]本實(shí)用新型的固態(tài)電子開(kāi)關(guān)作用是當(dāng)被控電路需要由常通向常斷狀態(tài)轉(zhuǎn)換的固態(tài)電子開(kāi)關(guān)保持接通狀態(tài)時(shí)，控制電路不發(fā)出任何信號(hào)，此時(shí)固態(tài)電子開(kāi)關(guān)不消耗任何電能。當(dāng)被控電路需要固態(tài)電子開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)，控制電路施加一個(gè)控制信號(hào)，發(fā)生電爆，斷開(kāi)被控橋之后，固態(tài)電子開(kāi)關(guān)將不再消耗任何電能。
[0012]本實(shí)用新型的固態(tài)電子開(kāi)關(guān)可以雙向?qū)?，不含任何可?dòng)部件，因此可以工作在惡劣的環(huán)境中，例如溫差大和力學(xué)過(guò)載大的環(huán)境中。此外，本實(shí)用新型的開(kāi)關(guān)僅在狀態(tài)轉(zhuǎn)換的瞬間消耗電能，而在保持接通和斷開(kāi)的狀態(tài)時(shí)均不需要消耗電能，因此具有雙穩(wěn)態(tài)特性。同時(shí)，該開(kāi)關(guān)僅能在特定的大幅值小脈寬的電流控制信號(hào)下發(fā)生狀態(tài)轉(zhuǎn)換，因此具備優(yōu)秀的抗靜電和電磁干擾的特性。
[0013]與加熱熔斷型的固態(tài)電子開(kāi)關(guān)相比，本實(shí)用新型具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0014]1、作用時(shí)間短:加熱熔斷型的固態(tài)電子開(kāi)關(guān)利用恒流產(chǎn)生的熱量，將上層的金屬熔斷實(shí)現(xiàn)由開(kāi)關(guān)由閉合到斷開(kāi)的轉(zhuǎn)換，而本實(shí)用新型在控制橋上施加脈沖電壓信號(hào)，下層橋產(chǎn)生等離子體，利用等離子體爆發(fā)將上層金屬?zèng)_斷，該過(guò)程持續(xù)時(shí)間遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于加熱熔斷型的固態(tài)電子開(kāi)關(guān)的轉(zhuǎn)換時(shí)間；
[0015]2、功耗低:加熱熔斷型的固態(tài)電子開(kāi)關(guān)需要持續(xù)的較大的電流對(duì)其加熱才能完成開(kāi)關(guān)狀態(tài)轉(zhuǎn)換，因而需要較高的功耗，而本實(shí)用新型僅在開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換瞬間消耗能量，且由于電壓信號(hào)幅值大但脈寬小，總體功耗遠(yuǎn)小于加熱熔斷型的固態(tài)電子開(kāi)關(guān)；
[0016]3、工藝要求低:加熱熔斷型的固態(tài)電子開(kāi)關(guān)對(duì)工藝要求，特別是各層厚度要求較高，實(shí)際生產(chǎn)中各層厚度與理論設(shè)計(jì)值存在工藝誤差，會(huì)造成器件作用條件發(fā)生較大的變化，因而造成器件可靠性降低，而本實(shí)用新型對(duì)于各層厚度要求較低，在工藝誤差范圍內(nèi)都可以可靠的作用，因而具有更明顯的工藝優(yōu)勢(shì)。
[0017]本實(shí)用新型的由常通向常斷狀態(tài)轉(zhuǎn)換的固態(tài)電子開(kāi)關(guān)的制備方法，包括以下步驟:
[0018]I)提供襯底；
[0019]2)將襯底氧化；
[0020]3)通過(guò)濺射、化學(xué)氣相沉積CVD和離子注入等工藝在襯底上覆蓋一層控制橋的材料，厚度不超過(guò)2μπι;
[0021]4)通過(guò)光刻和刻蝕對(duì)控制橋的材料圖形化，形成控制橋；
[0022]5)在控制橋上覆蓋一層絕緣材料，形成絕緣層，厚度在3 μ m?6 μ m之間；
[0023]6)刻蝕絕緣層，形成多個(gè)通孔，排布成通孔陳列，并在通孔陣列中填充金屬，形成金屬互聯(lián)；
[0024]7)通過(guò)濺射、CVD和離子注入等工藝在絕緣層上覆蓋一層被控橋的材料，厚度不超過(guò)2 μ m ;
[0025]8)通過(guò)光刻和刻蝕對(duì)被控橋的材料圖形化，形成被控橋，被控橋的一對(duì)被控電極與控制橋的一對(duì)控制電極的位置不重疊，被控橋區(qū)覆蓋控制橋區(qū)發(fā)生電爆的位置；
[0026]9)在控制橋上覆蓋一層絕緣抗氧化材料，形成鈍化層，厚度在0.2μπι?2μπι之間；
[0027]10)與被控橋的一對(duì)被控電極和控制橋的一對(duì)控制電極的位置向?qū)?yīng)，刻蝕鈍化層，形成焊盤(pán)通孔；
[0028]11)在焊盤(pán)通孔中填充焊盤(pán)金屬，并對(duì)焊盤(pán)金屬進(jìn)行合金工藝，形成一對(duì)控制焊盤(pán)和一對(duì)被控焊盤(pán)。
[0029]在完成上述步驟，形成由常通向常斷狀態(tài)轉(zhuǎn)換的固態(tài)電子開(kāi)關(guān)后，控制橋的一對(duì)控制電極連接外部的控制電路，被控橋的一對(duì)被控電極連接到外部的被控電路中。
[0030]本實(shí)用新型的制備方法基于集成電路半導(dǎo)體工藝，具有極好的與集成電路半導(dǎo)體工藝兼容性。
[0031]本實(shí)用新型還可以應(yīng)用于敏感電火工品的短路保險(xiǎn)。傳統(tǒng)的電火工品發(fā)火組件主要有金屬橋絲、爆炸箔、可反應(yīng)橋、半導(dǎo)體橋和金屬膜橋這幾類。其中，金屬橋絲焊接于兩根金屬電極之間，當(dāng)金屬電極通入電流時(shí)，橋絲發(fā)熱引燃與橋絲接觸的發(fā)火藥?，F(xiàn)實(shí)設(shè)計(jì)和應(yīng)用中金屬橋絲存在明顯缺陷，一是在要求有大于10mA的較高安全電流時(shí)，則需要大于28V的較高的發(fā)火電壓及大于1mJ的較高的發(fā)火能量；二是為了降低金屬橋絲的發(fā)火電壓、發(fā)火電流和發(fā)火能量，必須減小橋絲直徑，增加發(fā)火藥感度，造成了電火工品的安全電流下降，也降低了電火工品的抗靜電抗電磁干擾的能力，這意味著為使電火工品低能可靠發(fā)火，需要降低電火工品安全性。爆炸箔因?yàn)榫哂懈哂?000V極高的起爆電壓和安全電流，因而具有較高的安全性，但由于其發(fā)火所需電壓較高，驅(qū)動(dòng)電路復(fù)雜因而難以順應(yīng)傳爆序列小型化、低成本化的需求，用于驅(qū)動(dòng)飛片的可反應(yīng)橋所需的發(fā)火電壓相比爆炸箔雖有明顯降低，但發(fā)火電壓的絕對(duì)值大于100V，仍然遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他電火工品。半導(dǎo)體橋和金屬膜橋可以實(shí)現(xiàn)小型化和低成本化，其獨(dú)特的橋型結(jié)構(gòu)造成電流密度在橋區(qū)處突然增大，使得該類火工品換能元能以較低的電壓和較低的發(fā)火能量發(fā)火，發(fā)火電壓小于5ν(10μ f)，同時(shí)也可以具有大于200mA的安全電流閾值。但半導(dǎo)體橋和金屬膜橋的橋區(qū)尺寸、橋區(qū)材料和橋區(qū)工藝也限制了安全電流進(jìn)一步的提升，難以滿足某些行業(yè)要求如國(guó)軍標(biāo)中對(duì)電火工品提出的1A1W5(1安培I瓦5分鐘)分鐘不發(fā)火的要求。因此，設(shè)計(jì)一種在非發(fā)火狀態(tài)下具有大于IA的高安全電流、較高抗靜電和電磁干擾能力，同時(shí)在發(fā)火狀態(tài)下需發(fā)火電壓小于4V(10yf)、發(fā)火能量較低發(fā)火能量小于0.08W的電火工品短路保險(xiǎn)開(kāi)關(guān)，成為了一項(xiàng)巨大的挑戰(zhàn)。
[0032]本實(shí)用新型的固態(tài)電子開(kāi)關(guān)可以用作電火工品短路的保險(xiǎn)開(kāi)關(guān)，將本實(shí)用新型的被控橋與電火工品并聯(lián)，將電火工品短路，以提高電火工品的安全電流。
[0033]作為電火工品短路的保險(xiǎn)開(kāi)關(guān)，被控橋的電阻應(yīng)該小于電火工品的電阻，同時(shí)被控橋也應(yīng)該具有一定的承受電流的能力，綜上考慮，被控橋區(qū)的形狀為矩形，或者形狀為中間窄兩端寬的結(jié)構(gòu)，在保證一定電流承受能力的同時(shí)降低其電阻，以達(dá)到分流的目的。
[0034]本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn):
[0035]本實(shí)用新型采用控制橋通過(guò)一對(duì)控制電極焊盤(pán)接入控制電路，從而接收來(lái)自控制電路的控制信號(hào)，被控橋通過(guò)一對(duì)被控電極焊盤(pán)接入被控電路，當(dāng)被控電路保持接通狀態(tài)時(shí)，不消耗任何電能；當(dāng)被控電路需要斷開(kāi)時(shí)，控制電路施加一個(gè)控制信號(hào)，發(fā)生電爆，斷開(kāi)被控橋之后，固態(tài)電子開(kāi)關(guān)將不再消耗任何電能。本實(shí)用新型的固態(tài)電子開(kāi)關(guān)可以雙向?qū)?，不含任何可?dòng)部件，因此可以工作在惡劣的環(huán)境中，并且具有雙穩(wěn)態(tài)特性；基于集成電路半導(dǎo)體工藝，具有極好的與集成電路半導(dǎo)體工藝兼容性；具備優(yōu)秀的抗靜電和電磁干擾的特性；可用作電火工品的短路保險(xiǎn)開(kāi)關(guān)。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0036]圖1為本實(shí)用新型的由常通向常斷狀態(tài)轉(zhuǎn)換的固態(tài)電子開(kāi)關(guān)的一個(gè)實(shí)施例的爆炸圖；
[0037]圖2為本實(shí)用新型的實(shí)施例一的控制橋覆蓋在襯底上的示意圖；
[0038]圖3為本實(shí)用新型的實(shí)施例一的被控橋覆蓋在絕緣層上的示意圖；
[0039]圖4為本實(shí)用新型的實(shí)施例二的控制橋覆蓋在襯底上的示意圖；
[0040]圖5為本實(shí)用新型的實(shí)施例二的被控橋覆蓋在絕緣層上的示意圖；
[0041]圖6為本實(shí)用新型的一次性雙穩(wěn)態(tài)由常通向常斷狀態(tài)轉(zhuǎn)換的固態(tài)電子開(kāi)關(guān)的制備方法的流程圖；
[0042]圖7為本實(shí)用新型的控制橋連接的外部的控制電路的電路圖。

【具體實(shí)施方式】
[0043]下面結(jié)合附圖，通過(guò)實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步說(shuō)明。
[0044]實(shí)施例一
[0045]如圖1所示，本實(shí)施例的由常通向常斷狀態(tài)轉(zhuǎn)換的固態(tài)電子開(kāi)關(guān)包括:襯底1、控制橋2、絕緣層3、被控橋4、鈍化層5、金屬互聯(lián)7、一對(duì)控制電極焊盤(pán)62和一對(duì)被控電極焊盤(pán)64 ;其中，控制橋2形成在襯底I上，包括一對(duì)控制電極21，以及連接二者的控制橋區(qū)22 ；絕緣層3覆蓋在控制橋2上；絕緣層3上與控制橋2的一對(duì)控制電極21正對(duì)的位置設(shè)置有多個(gè)通孔31，形成通孔陣列；被控橋4形成在絕緣層3上，包括一對(duì)被控電極41，以及連接二者的被控橋區(qū)42 ;控制橋2和被控橋4的形狀均為對(duì)稱圖形，二者的對(duì)稱軸互相垂直，相交于中心，一對(duì)被控電極41與一對(duì)控制電極21不重疊，被控橋區(qū)42覆蓋控制橋區(qū)22發(fā)生電爆的位置；鈍化層5形成在被控橋4上；在鈍化層4中，分別與一對(duì)控制電極和一對(duì)被控電極相對(duì)的地方設(shè)置有焊盤(pán)通孔，一對(duì)控制電極焊盤(pán)62和一對(duì)被控電極焊盤(pán)64分別通過(guò)焊盤(pán)通孔嵌入鈍化層5 ;金屬互聯(lián)7通過(guò)絕緣層上的通孔陣列，將一對(duì)控制電極21分別與一對(duì)控制電極焊盤(pán)62電學(xué)互聯(lián)；一對(duì)被控電極41分別與一對(duì)被控電極焊盤(pán)64相接觸形成電學(xué)互聯(lián)；一對(duì)控制電極焊盤(pán)62分別連接至控制電路的兩端；一對(duì)被控電極焊盤(pán)64分別連接至被控電路的兩端。
[0046]如圖2所示，本實(shí)施例中，控制橋的控制橋區(qū)22采用兩端寬中間窄的形狀，包括兩個(gè)形狀相同的等腰梯形，和一個(gè)矩形，兩個(gè)梯形的較小的底邊相對(duì)，中間連接矩形，形成軸對(duì)稱的圖形。梯形的較大的底邊在40?400 μ m之間，矩形的寬度在2?40 μ m之間。如圖3所示，被控橋的被控橋區(qū)42的形狀和控制橋的形狀相同?？刂茦虻膶?duì)稱軸與被控橋的對(duì)稱軸互相垂直，并且正交于各自的幾何中心，從而形成一對(duì)被控電極41與一對(duì)控制電極21的位置不重疊；被控橋區(qū)42與控制橋區(qū)22的位置重疊?？刂茦騾^(qū)22或被控橋區(qū)42的形狀還可以是兩個(gè)相同的等腰梯形，較小的底邊相對(duì)連接。
[0047]為了使被控橋區(qū)的形狀具有更小的線寬，還可以在被控橋區(qū)上覆蓋一層抗反射涂層，厚度不超過(guò)I μ m，材料采用氮化鈦TiN。在預(yù)連通橋上覆蓋抗反射涂層，在光刻形成被控橋時(shí)，降低光刻的光反射，有利于減小掩膜版中最小線寬，提高曝光質(zhì)量。
[0048]實(shí)施例二
[0049]如圖4所示，在本實(shí)施例中，控制橋區(qū)22的形狀為矩形，長(zhǎng)度不超過(guò)40 μ m,寬度在2?40 μ m之間。被控橋區(qū)42的形狀與控制橋區(qū)的形狀相似，如圖5所示。
[0050]以實(shí)施例二為例，本實(shí)用新型的一次性雙穩(wěn)態(tài)由常通向常斷狀態(tài)轉(zhuǎn)換的固態(tài)電子開(kāi)關(guān)的制備方法，包括以下步驟，如圖6所示:
[0051]S1.提供襯底，材料采用半導(dǎo)體材料硅〈100〉或半導(dǎo)體材料硅〈110〉；
[0052]S2.將襯底氧化；
[0053]S3.通過(guò)濺射、化學(xué)氣相沉積CVD和離子注入等工藝在襯底上覆蓋一層控制橋的材料，厚度不超過(guò)2 μ m,控制橋的材料采用Al ；
[0054]S4.通過(guò)光刻和刻蝕對(duì)控制橋的材料圖形化,形成控制橋,長(zhǎng)度不超過(guò)400 μ m,控制橋區(qū)為矩形，寬度在2 μ m?40 μ m之間；
[0055]S5.通過(guò)PECVD工藝在控制橋上覆蓋一層S12,形成絕緣層，厚度為I μ m ;
[0056]S6.刻蝕絕緣層，形成多個(gè)通孔，排布成通孔陳列，并在通孔陣列中填充金屬鋁Al，形成金屬互聯(lián)；
[0057]S7.通過(guò)濺射工藝在絕緣層上覆蓋一層Al，厚度不超過(guò)2 μ m ;
[0058]S8.通過(guò)光刻和刻蝕對(duì)Al圖形化,形成被控橋,長(zhǎng)度不超過(guò)400 μ m,被控橋區(qū)為矩形，寬度在2 μ m?40 μ m之間，被控橋與控制橋的對(duì)稱軸互相垂直，并且?guī)缀沃行闹睾希?br> [0059]S9.通過(guò)PECVD工藝在控制橋上覆蓋一層S12,形成鈍化層；
[0060]S10.與被控橋的一對(duì)被控電極和控制橋的一對(duì)控制電極的位置向?qū)?yīng)，刻蝕鈍化層，形成焊盤(pán)通孔；
[0061]Sll.在焊盤(pán)通孔中填充焊盤(pán)金屬Pad,并對(duì)焊盤(pán)金屬進(jìn)行合金工藝,形成穩(wěn)定的易鍵合的一對(duì)控制焊盤(pán)和一對(duì)被控焊盤(pán)。
[0062]如圖7所示，控制電路為一種基于電容放電的電控電路，具體包括:直流電源DC、二極管D1、電容Cl和晶閘管Ql ;電路的兩個(gè)輸出端b和c分別與一對(duì)控制焊盤(pán)62連接；晶閘管Ql控制電極a連接控制信號(hào)。電路通電后，直流電源DC通過(guò)二極管Dl向電容Cl充電，此時(shí)固態(tài)電子開(kāi)關(guān)處于閉合狀態(tài)，當(dāng)需要斷開(kāi)時(shí)，向晶閘管Ql的控制極a施加控制信號(hào)，晶閘管導(dǎo)通，電容Cl通過(guò)晶閘管Ql向控制橋2放電，控制橋發(fā)生電爆炸，斷開(kāi)位于絕緣層上的被控橋，固態(tài)電子開(kāi)關(guān)斷開(kāi)。
[0063]綜上,該實(shí)施方式具有雙穩(wěn)態(tài)特性,可以雙向?qū)?對(duì)外部溫度，電磁和力學(xué)條件不敏感的，不含有可動(dòng)部件并具有良好集成電路半導(dǎo)體工藝兼容性。并且，該開(kāi)關(guān)可以應(yīng)用于電火工品的短路保護(hù)。
[0064]最后需要注意的是，公布實(shí)施方式的目的在于幫助進(jìn)一步理解本實(shí)用新型，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解:在不脫離本實(shí)用新型及所附的權(quán)利要求的精神和范圍內(nèi)，各種替換和修改都是可能的。因此，本實(shí)用新型不應(yīng)局限于實(shí)施例所公開(kāi)的內(nèi)容，本實(shí)用新型要求保護(hù)的范圍以權(quán)利要求書(shū)界定的范圍為準(zhǔn)。
【權(quán)利要求】
1.一種由常通向常斷狀態(tài)轉(zhuǎn)換的固態(tài)電子開(kāi)關(guān)，其特征在于，所述固態(tài)電子開(kāi)關(guān)包括:襯底(I)、控制橋(2)、絕緣層(3)、金屬互聯(lián)(7)、被控橋(4)、鈍化層(5)、一對(duì)控制電極(21)焊盤(pán)(62)和一對(duì)被控電極(41)焊盤(pán)(64);其中，控制橋(2)形成在襯底(I)上，包括一對(duì)控制電極(21)，以及連接二者的控制橋區(qū)(22);絕緣層(3)覆蓋在控制橋(2)上；絕緣層(3)上與控制橋(2)的一對(duì)控制電極(21)正對(duì)的位置設(shè)置有多個(gè)通孔，形成通孔陣列；被控橋(4)形成在絕緣層(3)上，包括一對(duì)被控電極(41)，以及連接二者的被控橋區(qū)(42)；一對(duì)被控電極(41)與一對(duì)控制電極(21)的位置不重疊；被控橋區(qū)(42)覆蓋控制橋區(qū)(22)發(fā)生電爆的位置；鈍化層(5)形成在被控橋(4)上；在鈍化層(5)中，分別與一對(duì)控制電極(21)和一對(duì)被控電極(41)相對(duì)的地方設(shè)置有焊盤(pán)通孔，一對(duì)控制電極(21)焊盤(pán)￠2)和一對(duì)被控電極(41)焊盤(pán)￠4)分別通過(guò)焊盤(pán)通孔嵌入鈍化層(5);金屬互聯(lián)(7)通過(guò)絕緣層(3)上的通孔陣列，將一對(duì)控制電極(21)分別與一對(duì)控制電極(21)焊盤(pán)(62)電學(xué)互聯(lián)；一對(duì)被控電極(41)分別與一對(duì)被控電極(41)焊盤(pán)￠4)相接觸形成電學(xué)互聯(lián)；一對(duì)控制電極(21)焊盤(pán)￠2)分別連接至控制電路的兩端；一對(duì)被控電極(41)焊盤(pán)￠4)分別連接至被控電路的兩端。
2.如權(quán)利要求1所述的固態(tài)電子開(kāi)關(guān)，其特征在于，所述控制橋(2)的厚度不超過(guò).2 μ m,長(zhǎng)度不超過(guò)400 μ m。
3.如權(quán)利要求1所述的固態(tài)電子開(kāi)關(guān)，其特征在于，所述被控橋(4)的厚度不超過(guò).2 μ m,長(zhǎng)度不超過(guò)400 μ m。
4.如權(quán)利要求1所述的固態(tài)電子開(kāi)關(guān)，其特征在于，所述控制橋(2)的控制橋區(qū)(22)，或者被控橋(4)的被控橋區(qū)(42)，形狀為矩形，寬度在2 μ m?40 μ m之間。
5.如權(quán)利要求1所述的固態(tài)電子開(kāi)關(guān)，其特征在于，所述控制橋(2)的控制橋區(qū)(22)，或者被控橋(4)的被控橋區(qū)(42)，形狀為中間窄兩端寬的結(jié)構(gòu)，并且為軸對(duì)稱的圖形，中間的最小寬度在2 μ m?40 μ m,兩端的最大的寬度在40 μ m?400 μ m。
6.如權(quán)利要求1所述的固態(tài)電子開(kāi)關(guān)，其特征在于，所述鈍化層(5)的材料采用與CMOS工藝相兼容的絕緣抗氧化材料。
7.如權(quán)利要求1所述的固態(tài)電子開(kāi)關(guān)，其特征在于，所述絕緣層(3)的厚度在.0.5 μ m?2 μ m之間。
【文檔編號(hào)】H03K17/56GK204103884SQ201420387513
【公開(kāi)日】2015年1月14日 申請(qǐng)日期:2014年7月14日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月14日
【發(fā)明者】婁文忠, 丁旭冉, 趙越 申請(qǐng)人:北京理工大學(xué)