專利名稱：采用碳化硅進行的紅外輻射檢測的制作方法
背景技術(shù)：
發(fā)明領(lǐng)域本發(fā)明涉及采用SiC(碳化硅)檢測紅外(IR)輻射和控制電阻。
相關(guān)技術(shù)的描述目前，紅外輻射是采用熱電檢測儀、輻射熱測量儀以及熱量檢測儀來檢測的，其應(yīng)用領(lǐng)域，如測量紅外激光器的功率或能量輸出。一般說來，熱電檢測儀和輻射熱測量儀使用直接吸收IR的材料；而熱電材料包括鈮酸鋰和銀酸鉭；輻射熱測量儀材料包括硅、鍺、砷化鎵、金屬氧化物陶瓷熱敏電阻以及各種玻璃。通常，熱量檢測儀使用的材料必須涂上對紅外線敏感的吸收涂層。紅外探測儀的性能受制于紅外探測儀材料吸收能量而不致遭受損害的能力；這就限制了檢測儀的最大能量/功率密度、最大曝露時間以及最小體積和面積。所有熱電儀、輻射熱測量儀和熱量儀所使用的材料，其熱沖擊承受能力都是有限的。
目前的紅外輻射直接吸收所使用的材料在過熱(大于約200℃)時，或者檢測儀溫度增加過快時易損壞。為了檢測介質(zhì)和高功率紅外激光器的功率或能量輸出，使目前使用的材料僅曝露在一部分紅外能量輸出中，方法是在激光器和檢測儀之間插入一個分光器或一分散介質(zhì)(disbursing medium)。然而，這會使功率或能量測量值降低至一估計值。再者，目前用于介質(zhì)和高功率紅外源的檢測儀均需風扇或水冷卻，且會受到校準漂移的影響。
紅外輻射敏感材料的相關(guān)應(yīng)用是測量其他受紅外輻射加熱的材料溫度。例如，半導體工業(yè)上廣泛采用的快速熱退火(RTA)工藝所使用的高強度紅外燈以每秒幾百度攝氏度的速度使半導體晶片(主要為硅)的溫度成一斜坡狀。目前，晶片溫度是使用光學高溫計或者紅外高溫計進行遙感，或直接用接觸熱耦加以監(jiān)測的。
高溫計通過吸收晶片表面通過在RTA工藝中腔體壁上的透明觀察窗口發(fā)射的輻射來測量晶片溫度。這種類型的溫度探測受到以下諸因素的限止即，需要知道所觀察晶片表面精確的發(fā)射率，需要防止晶片表面和觀察窗口之間的微粒或彌散氣體或者觀察窗口或晶片表面上的沉積物，以及需要避免晶片表面上諸如沾污或化學反應(yīng)或質(zhì)地變化等任何改變。
熱耦通過接觸晶片表面來測量其溫度。該法的關(guān)鍵問題在于熱耦必須被封閉起來，以防其與晶片之間發(fā)生反應(yīng)，熱耦與晶片之間的接觸難于保證，因為晶片以大于每分鐘1200轉(zhuǎn)的高速旋轉(zhuǎn)以確保均勻的工藝過程，而使晶片同熱耦接觸實際上改變了局部溫度。
從理論上講，目前用于紅外輻射功率或能量檢測的材料均能用作為溫度傳感器，但它們都將無法忍受通常所需的環(huán)境或溫度，特別是在溫度可達1300℃的RTA工藝過程的時候。
發(fā)明綜述本發(fā)明提供一對紅外輻射進行檢測的獨特方法，它可應(yīng)用于進行紅外功率和能量檢測、熱檢測以及紅外控制變阻器。新的紅外輻射傳感器由最好為單晶結(jié)構(gòu)的碳化硅(SiC)制成。一塊碳化硅接收紅外輻射，而一電路施加電信號至該碳化硅，后者通過改變其對電信號的響應(yīng)而對該輻射作出響應(yīng)。當用作紅外能量和/或功率探測器時，對接收紅外輻射的碳化硅施加恒定電流或恒定電壓，而輸出電路提供一入射到碳化硅上作為其電阻之函數(shù)的紅外能量和/或功率指示。
本發(fā)明也可用來探測受試者(如RTA工藝腔體中晶片)的溫度。在此應(yīng)用中，碳化硅的位置，使得由其所吸收的紅外輻射強度相對于受試者來說是已知的。與紅外能量/功率傳感器中一樣，在碳化硅上施加恒定的電流或電壓，并對輸出電路進行校準，以獲得作為碳化硅電阻之函數(shù)的受試者的溫度指示。
本發(fā)明也可用作可變電阻器。其中，激光器將受控紅外光束投向包含在更大電路內(nèi)的碳化硅上；該激光器配合碳化硅用作受控可變電阻器。
純碳化硅的電阻通常具有正的溫度系數(shù)，這是由于晶格直接吸收紅外能量所致。其溫度系數(shù)(TC)可通過加進雜質(zhì)加以“調(diào)節(jié)”?？刹捎秒s質(zhì)來增加晶格的紅外能量吸收帶。紅外能量可由電激活的雜質(zhì)原子(摻雜劑)吸收，室溫下(不存儲紅外輻射時)雜質(zhì)原子不是完全電離的。由晶格或雜質(zhì)原子直接吸收的紅外能量產(chǎn)生正的Tc，而由摻雜離子吸收的能量則產(chǎn)生負的Tc。由于在不同的紅外波長下發(fā)生不同的吸收機理，故可調(diào)節(jié)碳化硅以獲得作為紅外輻射波長之函數(shù)的所希望的響應(yīng)。
在有些應(yīng)用中(如溫度探測和某些可變電阻器)，將碳化硅固定在具有氮化鋁(AlN)襯底的安裝結(jié)構(gòu)中。包括W、WC或W2C在內(nèi)的導電安裝層通過碳化硅上的電極把碳化硅機電連接至襯底。安裝層本身可具有粘附在襯底上的W、WC或W2C粘結(jié)層，和粘附在粘結(jié)層上與碳化硅相連的一個或多個金屬層，金屬層的熱膨脹系數(shù)在感興趣的溫度范圍內(nèi)不大于襯底的熱膨脹系數(shù)的3.5倍。安裝層可以是不連續(xù)的，由多個相互分開的安裝元件組成，后者與碳化硅上各彼此分開的電極相連。
本發(fā)明具有十分穩(wěn)定而可重復的電阻對溫度的關(guān)系特性，能承受至少1400℃的絕對溫度和十分快速的升溫而無需風扇或水冷，堅固而又不易損壞，維護校準良好，并且提高了忍受高紅外能量/功率強度、曝露時間及熱沖擊的能力?？梢允褂幂^小的碳化硅器件，因為其有利的高功率密度之運作能力而不必承受因把激光脈沖聚焦到其他材料上而引起的大的壓電信號。
本領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員通過參照附圖閱讀了本發(fā)明的詳細描述以后，將會更清楚地了解部分袋囊各種特征和優(yōu)點。
附圖簡述

圖1是本發(fā)明用來檢測紅外激光束能量的簡化示意圖；圖2是本發(fā)明用來檢測紅外激光束功率的簡化示意圖；圖3是按本發(fā)明懸空紅外傳感器的簡化透視圖；圖4是本發(fā)明用作RTA工藝中溫度傳感器的簡化示意圖；圖5是用于新紅外傳感器的支承結(jié)構(gòu)透視圖；圖6是圖5中所示支承結(jié)構(gòu)上帶有紅外傳感器和引線的透視圖；圖7是圖6中露出紅外傳感器之包封結(jié)構(gòu)的透視圖；圖8是圖6中帶有另一種保護結(jié)構(gòu)之紅外傳感器的透視圖；圖9是本發(fā)明所用的可變電阻器的方框圖。
本發(fā)明的詳細描述本發(fā)明使用碳化硅作為紅外輻射傳感器，其應(yīng)用包括探測從紅外輻射源(如激光器)發(fā)射的紅外功率或能量，無接觸地檢測由紅外輻射裝置加熱的其它物體的溫度，以及用于電路的受控變阻器。人們知道，碳化硅的電阻是隨溫度的變化而變化的。例如，可參見Spitzer等人的“Infrared Propertiesof Hexagonal Silicon Cabide”，Physical Review，Vol.113，No.1(1959)；和W.J.Choyke在“The Physics and Chemistry of Carbides，Nitrides andBorides”中的“Optical and Electrical Properties of SiC”，NATO ASISeries，September 18-22，1989。然而，人們以前并未提出采用碳化硅來檢測紅外輻射；其溫度性能通過直接接觸或者通之以電流使之加熱而測量過。
用碳化硅進行紅外探測是通過晶格原子或?qū)﹄姴换钴S的雜質(zhì)原子、或通過不完全電離、對電活躍的雜質(zhì)(摻雜)的直接吸收而完成的。占主導地位的特定機理取決于紅外輻射波長。晶格或?qū)﹄姴换钴S的雜質(zhì)所吸收的紅外輻射被直接轉(zhuǎn)換為熱能；這種類型的吸收使傳感器材料的電阻增大。由不完全電離并且對電不活躍的雜質(zhì)電離所吸收的紅外線使碳化硅的電阻下降。因此，碳化硅響應(yīng)就可作為紅外輻射波長的函數(shù)加以“調(diào)節(jié)”，以達到所希望的電阻溫度系數(shù)(RTC)。雖然本發(fā)明可以多晶碳化硅的方式來實現(xiàn)，但最好采用單晶結(jié)構(gòu)，因為它不存在能引起之溫度響應(yīng)發(fā)生漂移的晶粒邊界。存在于多晶碳化硅中的晶粒邊界能隨時間而集聚雜質(zhì)并改變材料的RTC。
在對碳化硅的IR輻射應(yīng)用中，包括有分別示于圖1和圖2中對光束能量和功率的檢測。這種應(yīng)用可被用于，例如，探測紅外激光束或來自紅外線燈之聚焦輻射的能量或功率。碳化硅特別適合于這些應(yīng)用場合，這是因它能在十分短的時間周期內(nèi)吸收十分高的能劑量而不會被損壞。因此，可用它來探測發(fā)射中等功率(功率范圍在10W-300W)和許多高功率(功率超過300W)能量之紅外激光器的能量/功率，其碳化硅探測表面曝露于全部的輸出能量中而無需使用風扇或水冷，能承受的溫度大于1300℃。SiC的這種優(yōu)越的高功率密度工作能力，使得對于給定的功率，可使用比目前所用的更小體積的碳化硅傳感器元件；再者，較小尺寸的碳化硅傳感器元件便于在吸收激光脈沖之后的自冷卻比用來探測紅外輻射的其它材料更加快速。此外，碳化硅的高熱導率便于使所吸收的能量快速分布于傳感器的整個體積，這使得因熱沖擊引起傳感器元件損壞(由于小面積的傳感器件元件曝露于高能量激光束時可能引起的大的橫向溫度梯度)的可能性明顯降低。碳化硅的低壓電系數(shù)(相對于熱電材料)，以及其高的熱導率(室溫下高于Cu的熱導率)，使因聚焦激光脈沖而在傳感器中產(chǎn)生大的壓電信號得以抑制?？傊?，碳化硅有利的熱沖擊承受能力使得其能夠吸收高能量的激光脈沖，并在小體積和小面積的傳感器中，用來長時間地曝露于高能量/功率強度的紅外輻射中。
SiC可摻雜，而獲得高度穩(wěn)定性和可重復的RTC，這點尤其對于單晶碳化硅更是這樣，這將使校準沒有漂移。多次暴露于大劑量紅外輻射中不會改變傳感器的性能。另外，由于其聲譜能量和雜質(zhì)電離能，碳化硅會直接吸收許多重要的紅外波長，波長可達25μm。這使它不必采用幾乎所有紅外輻射檢測儀在檢測波長大于2.5微米時所使用的紅外吸收涂層。
采用碳化硅作為紅外輻射能量傳感器示于圖1。紅外輻射源(如激光器2)發(fā)射位于特定波段(此處規(guī)定包括單個波長)內(nèi)的紅外光束4。將碳化硅傳感器6；置于光路內(nèi)，最好能接收全部光束。一恒壓源向碳化硅施加恒定的電壓，而電流檢測儀10則讀出通過碳化硅的電流。
碳化硅的溫度隨紅外輻射而變，其電阻變化取決于輻射波長、強度和曝光時間。對給定的摻雜水平，由于碳化硅溫度及其電阻之間存在固定的關(guān)系，故碳化硅溫度可作為流經(jīng)它并由電流計10所讀出的電流之函數(shù)來檢測。同樣，在碳化硅所吸收的紅外輻射能量及其溫度之間也存在直接的對應(yīng)關(guān)系。因此，碳化硅的電流響應(yīng)將隨紅外線能量以一對一的關(guān)系而變化。將電流計10校正到碳化硅的RTC，并消除所有電流的熱效應(yīng)，這樣就可直接讀出紅外線的能量。
現(xiàn)在我們不采用如圖1所示那樣施加恒定電壓以及讀出所產(chǎn)生的碳化硅電流的方法，而是用輸出電路施加恒定電流，檢測碳化硅的電壓響應(yīng)而非其電流響應(yīng)。如圖2所示，設(shè)計成探測紅外線的功率而非其能量。恒流源12向碳化硅施加恒定電流，并將微分電壓傳感器14跨接在碳化硅上。微分電壓傳感器14檢測碳化硅電阻因而其溫度發(fā)生變化的瞬時速率。直接給出紅外線4中的瞬時功率。
最好將紅外傳感器掛在罩子內(nèi)，使其盡可能地熱隔離。如圖3所示，罩壁以標號16表示。碳化硅芯片18在其相對的兩端具有導電接觸電極壓頭20a和20b，并通過相應(yīng)的夾頭24a和24b把引線22a和22b機電地連接至碳化硅芯片組件，夾頭24a和24b可以是諸如鱷魚夾一類的夾頭，或者是上面可將夾頭安裝上去的焊接或電接觸腳。引線22a和22b接連至罩壁，使碳化硅芯片懸掛起來，并提供對芯片的電連接，并有效地使之同罩室外界保持熱隔離。用接觸夾頭懸掛尤其適用于諸如那些以中功率激光器運行的較低溫度范圍，其溫度一般不超過500℃左右。根據(jù)需要，可以不用夾頭電極壓頭20a和20b，這樣夾頭就直接連接至芯片相對的兩端。
圖4示出一種系統(tǒng)，其中的碳化硅再次曝露于紅外輻射，但此時目的在于探測附近的受試者的溫度。該圖代表一簡化的并且沒有按比例畫出的RTA室26。采用本發(fā)明來探測半導體(通常為硅)晶片28的溫度，該晶片在紅外線燈30的輻射影響下進行快速熱處理。將在其相對兩端帶有金屬接頭34a、34b的碳化硅芯片置于與晶片28相同的工作臺36上，或者置于它所接收的紅外輻射強度是晶片所接收的一部分已知強度的其它的位置上。
將從電壓源40得到的恒定電壓跨接施加至接頭34a和34b，在碳化硅32上產(chǎn)生電流，該電流隨碳化硅電阻而變，轉(zhuǎn)而反應(yīng)出碳化硅的溫度。電流因而也是碳化硅的溫度通過電流計42讀出。另一可供選擇的方法是，采用恒流源并檢測碳化硅的電壓。
一旦碳化硅對紅外輻射的溫度響應(yīng)已被校準到半導體晶片28溫度響應(yīng)，那么，碳化硅就可以非接觸方式通過把它曝露于同一紅外源而被用來探測晶片的溫度，只要它與紅外線源的距離相對于晶片的距離保持不變即可。校準可包括所有消除因從紅外線源至晶片以及碳化硅芯片之距離間的任何差別所引起的碳化硅芯片與晶片間紅外輻射強度之差異的影響而進行的必要調(diào)整。于是，可用碳化硅來探測置于同一支承臺36上類似晶片的溫度，并校準電流計42，來給出晶片溫度讀數(shù)。這使得能夠控制紅外線燈30的供電，以確保晶片溫度具有所希望的曲線分布。圖4示出其控制機理，即，通過電流計42的輸出，向控制電路44提供晶片溫度指示，而電路44控制紅外線燈30的供電信號，從而所發(fā)射的紅外輻射使晶片保持所希望的溫度分布。
圖5示出碳化硅芯片32的一種可取的安裝結(jié)構(gòu)，它使芯片在通常為1300℃或以上十分寬的溫度范圍內(nèi)可靠保持在原位。氮化鋁片46用作安裝機構(gòu)的襯底。碳化硅芯片的導電安裝層在襯底46上形成一對安裝元件圖案48a和48b，每一個元件用作碳化硅芯片接頭。安裝元件可由鎢(W)、WC或W2C制成的厚膜或者薄膜組成。它們向?qū)盈B的碳化硅芯片和襯底電極壓頭50a、50b之間提供電流通路。襯底電極壓頭50a、50b的側(cè)面與安裝元件48a和48b偏移，并分別與安裝元件48a、48b接觸。安裝元件粘結(jié)至氮化鋁片46，并向碳化硅芯片接頭提供連接接觸。W、Wc和W2C通過粘結(jié)至氮化鋁襯底46而滿足這一要求。它們可以正確的化學計量比施加至氮化鋁片表面，方法是通過以下若干不同汽相沉積技術(shù)的任何一種如RF/DC濺射，RF/DC共濺射，電子束蒸發(fā)，以及化學汽相沉積。經(jīng)采用這些技術(shù)的氮化鋁襯底表面應(yīng)是粗糙的，從而通過物理連接而不是化學連接而粘接在一起?？梢栽?00℃～1400℃范圍內(nèi)，在真空或在如Ar或N2的隋性氣體中進行熱退火來增加膜密度和減少晶粒邊界，而密度和晶粒增長則取決于特定溫度下所消耗的時間。
若需要，則可在W，WC或W2C膜上沉積金屬層52a、52b，以增大安裝元件的橫截面，防止基礎(chǔ)層54a、54b被腐蝕，和/或增強對碳化硅芯片接頭的結(jié)合?？墒褂靡粚踊蚨鄬咏饘賹印τ诟哌_約800℃的溫度，實際上可以采用任何一種金屬。在氧化氣氛下，鉑可適應(yīng)高至1400℃左右的溫度，而金-鉑合金則可適應(yīng)高至大約1300℃的溫度；真空、隨性氣體或還原環(huán)境下，鎳、鈀、鉑及其合金和金屬互化物以及鎳—鉻合金可用在高至1400℃左右的溫度下。
電極壓頭50a、50b包含安裝元件48a，48b的側(cè)面延伸部分，并具有相同的基本結(jié)構(gòu)。然而，如圖5所示，電極壓頭上的過度金屬(overmetallization)層可具有大于安裝元件的厚度，以便引線的安裝。通常，電極壓頭50a、50b上的金屬層總厚度應(yīng)至少是引線直徑的0.05倍，而金屬層和引線的溫度膨脹系數(shù)應(yīng)緊密地匹配。另外，在所要求的溫度范圍內(nèi)，金屬層的熱溫度膨脹系數(shù)應(yīng)不大于襯底的大約3.5倍。
圖6示出在將碳化硅芯片18接連至安裝元件、引線56a、56b連接至電極壓頭50a和引線56c、56d接連至電極壓頭50b之后，圖5的安裝結(jié)構(gòu)。碳化硅芯片18可含有由其它半導體材料和成分組成的薄膜，只要至少90％的芯片厚度是碳化硅即可。其接頭20a、20b分別連接至安裝元件48a、48b。最好借助平行隙焊技術(shù)(parallel gap welding)把引線連接至電極壓頭，每條引線中兩個扁平的區(qū)域代表焊接頭接觸該引線的位置。
為了得到特別的保護，可使采用如圖7所示的封裝結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)與圖6所示的相同，但在氮化鋁襯底46的上面部分加有反應(yīng)過的硼硅酸混合物(RBM)封裝結(jié)構(gòu)58，其上帶有窗口60，它使下面的碳化硅芯片18曝露于所施加的紅外輻射中。當硼硅酸混合物反應(yīng)時，經(jīng)反應(yīng)的硼硅酸混合物就通過同它起化學反應(yīng)，形成氧化物介面層而粘結(jié)至下面的材料。如果在施加至該結(jié)構(gòu)的熱循環(huán)溫度范圍內(nèi)，硼硅酸混合物的熱膨脹系數(shù)與其所封閉的材料非常匹配，或者硼硅酸混合物的粘度比其Littleton軟化點(接近10泊(poise))要小，則硼硅酸混合物在其所封閉的表面上形成一環(huán)境壁壘。
圖8示出安裝結(jié)構(gòu)的變化形式。其中，除了下面的氮化鋁片46之外，一對較小并且彼此分開的氮化鋁片罩蓋62a、62b置于圖6所示結(jié)構(gòu)上面，并通過硼硅酸混合物與基礎(chǔ)襯底46結(jié)合在一起，留出曝露于紅外輻射的碳化硅芯片18之上表面部分。
和溫度探測相關(guān)的本發(fā)明的應(yīng)用已在快速熱退火中敘述過。溫度探測能力同樣具有諸多其它的應(yīng)用。如加熱、通風和空調(diào)(HVAC)、空間加熱、干燥和固化、食品加工和制備、爐子、隧道窯、封裝機械、紡織機械、真空成型以及薄板金屬加工。
如上所述，可以在碳化硅中摻雜，以調(diào)節(jié)其對不同紅外波長的溫度響應(yīng)。由于碳化硅是IV族化合物，故任何IIIA或IIIB元素均可用作p-型摻雜劑，而任何V族元件均可用作N-型摻雜劑。每種不同的摻雜元素均具有不同的激勵能量，后者與其激勵波長成反比。特定的激勵波長不僅取決于所用的摻雜劑，而且也取決于碳化硅的多型(polytype)，如2H，4H，6H，8H，15R等等；每種多型具有不同的禁帶和電活性雜質(zhì)的電離能。
圖9中示出本發(fā)明用作紅外輻射控制的可變電阻器。用作可變電阻器的碳化硅66形成整個電路一部分，在圖中，該電路是以子電路68和70由變阻器66連接起來的。激光器72在可變電阻器66所敏感的波長下，把紅外線束74投射到碳化硅上，并受控制電路76的控制。采用被可變電阻器中晶格原子和/或雜質(zhì)原子直接吸收的紅外輻射波長(或波長范圍)，在激光器工作時，該可變電阻器的電阻以指數(shù)形式增加。例如，這一特性可用來在緊急情況下切斷電流，或者根據(jù)作用于控制電路76的某些其他參數(shù)，用作使電子電路接通或關(guān)斷的開關(guān)。這樣，可變電阻器對來自電路68和70之電信號的響應(yīng)，會根據(jù)入射的紅外輻射，在導通和不導通之間變化。
在該可變電阻器應(yīng)用中碳化硅的優(yōu)點在于，它能用作整個電路的低電阻部分，由于其固有的高功率性能，該電路可以承受很大的電流。變阻器66并非僅限于用作接通/關(guān)斷開關(guān)，它還可以其它工作方式控制整個電路的功能，從而在精確控制的獲取激光器的影響下，提供中間電阻水平。
雖然上文中已經(jīng)描述了本發(fā)明的若干實施例，但本領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員還可以作出各種變異形式和其他的實施例方式。因此，本發(fā)明僅以權(quán)利要求書來限定其范圍。
權(quán)利要求
1.一種紅外輻射控制的電路，其特征在于，它包含曝露用以接收紅外輻射(4)的碳化硅紅外吸收材料(6)，以及連接用以向所述碳化硅材料施加電信號的電路(8，12)，所述碳化硅材料通過改變其對所述電氣信號的響應(yīng)，所述碳化硅材料對入射的紅外輻射作出響應(yīng)。
2.如權(quán)利要求1所述的紅外輻射控制的電路，其特征在于，所述碳化硅材料包括單晶碳化硅。
3.如權(quán)利要求1所述的紅外輻射控制的電路，其特征在于，所述碳化硅材料包括III族或V族摻雜劑。
4.如權(quán)利要求1所述的紅外輻射控制的電路，其特征在于，所述電路向所述碳化硅材料施加恒定電流(12)或恒定電壓(8)，并包括一輸出電路(14，10)，所述輸出電路(14，10)提供入射到所述碳化硅材料上的紅外能量和/或功率指示，而所述指示是所述碳化硅材料的電阻的函數(shù)。
5.如權(quán)利要求1所述的紅外輻射控制的電路，其特征在于，放置的所述碳化硅材料，使其對紅外輻射的曝露相對于由欲測其溫度之試驗材料(28)所接收的紅外輻射水平是已知的，而所述電路向所述碳化硅材料施加恒定電流或恒定電壓，并且包括一輸出電路(42)，所述輸出電路產(chǎn)生作為碳化硅材料的電阻的函數(shù)的試驗材料的溫度指示。
6.如權(quán)利要求1所述的紅外輻射控制的電路，其特征在于，它還包括具有控制輸出(74)并投射到所述碳化硅材料上以控制其作為激光器輸出之函數(shù)的電阻的激光(72)，所述電路使所述碳化硅材料與所述激光器組合在一起，構(gòu)成一個可變電阻器。
7.如權(quán)利要求1所述的紅外輻射控制的電路，其特征在于，所述碳化硅材料被固定在安裝結(jié)構(gòu)中，所述安裝結(jié)構(gòu)包含氮化鋁襯底(46)，和包括W、WC或W2C在內(nèi)的導電安裝層(48a，48b)，用以在機電上，將所述碳化硅材料與所述結(jié)構(gòu)相連。
8.如權(quán)利要求7所述的紅外輻射控制的電路，其特征在于，所述安裝層包含具有多個彼此隔開之安裝元件(48a，48b)的不連續(xù)層，用以連接所述碳化硅材料的各個彼此分開的部分。
9.如權(quán)利要求7所述的紅外輻射控制的電路，其特征在于，所述安裝層包含粘結(jié)于所述襯底上的W，Wc或W2C粘結(jié)層(54a，54b)，和粘結(jié)至所述粘結(jié)層并連接至所述碳化硅材料的電極(20a，20b)的金屬層(52a，52b)，所述金屬層具有的熱膨脹系數(shù)在感興趣的溫度范圍內(nèi)不大于所述襯底的大約3.5倍。
10.如權(quán)利要求7所述的紅外輻射控制的電路，其特征在于，還包含多個具有相同組分用作安裝層的電極壓頭(50a，50b)，并與所述襯底機電連接，但僅與所述安裝層電連接。
11.如權(quán)利要求10所述的紅外輻射控制的電路，其特征在于，所述電極壓頭從側(cè)面定位于所述碳化硅材料。
12.如權(quán)利要求11所述的紅外輻射控制的電路，其特征在于，所述電極壓頭包含所述安裝層的側(cè)面延伸部分。
13.如權(quán)利要求12所述的紅外輻射控制的電路，其特征在于，所述碳化硅材料包括分開的電氣接頭(20a，20b)，而所述安裝層包含有粘結(jié)至所述襯底的W，WC或W2C的粘結(jié)層(54a，54b)和粘結(jié)至所述粘結(jié)層且連接至所述碳化硅材料接頭的金屬層，所述金屬層在所述電極壓頭上所具有的厚度大于在所述安裝元件處所具有的厚度。
14.如權(quán)利要求10所述的紅外輻射控制的電路，其特征在于，還包含與所述電極壓頭機電相連的導電引線(56a，56b，56e，56d)。
15.如權(quán)利要求14所述的紅外輻射控制的電路，其特征在于，它還包含由硼硅酸混合物形成在所述襯底上的封裝結(jié)構(gòu)(58)，但至少留出部分曝露的所述碳化硅材料(60)以接收紅外輻射。
16.如權(quán)利要求15所述的紅外輻射控制的電路，其特征在于，所述封裝結(jié)構(gòu)具有(a)與所述碳化硅材料和襯底的溫度膨脹系數(shù)非常匹配的溫度膨脹系數(shù)，或(b)比其Littleton軟化點低的粘度。
17.如權(quán)利要求10所述的紅外輻射控制的電路，其特征在于，它還包含與所述襯底相同材料的罩蓋(62a，62b)，延伸蓋住所述碳化硅并由硼硅酸混合物(64)形成的封裝結(jié)構(gòu)連接至所述襯底，所述封裝結(jié)構(gòu)連同所述的罩蓋包封所述襯底的上表面，但至少留出部分曝露的所述碳化硅材料以接收紅外輻射。
18.如權(quán)利要求1所述的紅外輻射控制的電路，其特征在于，所述電路包括引線(22a，22b)，用以接通與所述碳化硅材料的電信號并將所述碳化硅材料機械地懸掛起來。
19.一種用于紅外輻射功率或能量的探測器，其特征在于，它包含曝露用以接收IR輻射(4)的碳化硅材料(6)，配置的激勵電路(8，12)，以便向所述碳化硅材料施加受控電壓或者受控電流，以及輸出電路，在從所述激勵電路得到的是受控電壓的時候，所述輸出電路包括一個用于所述碳化硅材料的電流檢測器(10)，而當從所述激勵電路得到的是受控電流的時候，所述輸出電路包括一個用于所述碳化硅材料的電壓檢測器(14)，所述輸出電路在感興趣的波段范圍內(nèi)提供入射到所述碳化硅材料上紅外輻射的功率或能量指示。
20.如權(quán)利要求19所述的探測器，其特征在于，它還包含紅外輻射源(2)，它定位在把紅外輻射投射到所述碳化硅材料上，其中，所述輸出電路提供由所述紅外線源所發(fā)射出的在所述感興趣波段范圍內(nèi)的紅外輻射功率或能量指示。
21.如權(quán)利要求20所述的探測器，其特征在于，所述紅外輻射源包含中等功率的或高功率的激光器。
22.如權(quán)利要求21所述的探測器，其特征在于，所述激光器配置成基本上把其全部輸出投射到所述碳化硅材料上。
23.如權(quán)利要求19所述的探測器，其特征在于，對所述碳化硅材料摻雜，使它以決定于所述摻雜水平的方式，通過改變其電阻，來響應(yīng)于所述感興趣波段范圍內(nèi)的紅外輻射。
24.一用于曝露于紅外輻射之中的試驗材料的非接觸式溫度探測器，其特征在于，它包含碳化硅材料(32)，它的位置使其對紅外輻射(38)的曝露相對于由欲測其溫度的試驗材料(28)所接收的紅外輻射之水平是已知的，激勵電路(40)，其連接用以對所述碳化硅材料施加受控電壓或受控電流，以及輸出電路，在從所述激勵電路得到的是受控電壓的時候，所述輸出電路包括一個用于所述碳化硅材料的電流檢測器(42)，而當從所述激勵電路得到的是受控電流的時候，所述輸出電路包括一個用于所述碳化硅材料的電壓檢測器，所述輸出電路在感興趣的波段范圍內(nèi)提供作為所述碳化硅材料電阻的函數(shù)的所述試驗材料的溫度指示。
25.如權(quán)利要求24所述的溫度探測器，其特征在于，所述試驗材料包含一個半導體，并且還包含罩住所述半導體和碳化硅材料的快速熱退火(RTA)腔體(26)，所述輸出電路提供控制所述RTA腔體工作的信號(44)。
26.一種紅外輻射控制的可變電阻器電路，其特征在于，它包含運行電路(68，70)，包括在所述運行電路內(nèi)的碳化硅材料，以及可控的碳化硅源(72)，配置成把紅外輻射(74)投射到所述碳化硅材料上，并控制其電阻，從而使所述運行電路的運行隨所述紅外輻射的特性而變。
27.如權(quán)利要求26所述的可變電阻器電路，其特征在于，所述碳化硅材料在所述紅外源的控制下連接用作所述運行電路的開關(guān)。
28.如權(quán)利要求26所述的可變電阻器電路，其特征在于，所述紅外源包含一個發(fā)射紅外輻射的激光器，其輻射波段范圍包括使所述碳化硅材料的電阻的變化。
29.一采用紅外輻射的方法，其特征在于，它包括向一碳化硅材料(6)施加一個電信號，以及向所述碳化硅材料施加紅外輻射(4)以對所述碳化硅材料加熱，從而引起所述材料中控制其對所述電信號之響應(yīng)的電阻變化。
30.如權(quán)利要求29所述的方法，其特征在于，所述施加的電信號包含一個電壓信號(8)或電流信號(12)，還包含在施加電壓的情況下檢測通過所述碳化硅材料的電流(10)而在施加電流的情況下檢測跨接于所述碳化硅材料上的電壓(14)的步驟，從而獲得所述紅外輻射的功率或能量指示。
31.如權(quán)利要求29所述的方法，其特征在于，它還包含以下步驟，即，曝露所述碳化硅材料和試驗材料(28)，所欲測量的試驗材料的溫度與紅外輻射的水平直接相關(guān)；以及檢測作為所述試驗材料的溫度指示的碳化硅材料對所述電信號的響應(yīng)。
32.如權(quán)利要求29所述的方法，其特征在于，所述碳化硅材料用作一電路(68，70)中的變阻器，所述電路向所述碳化硅材料施加所述電信號，并控制施加到所述材料上的紅外輻射的強度(76)以控制其電阻，并進而控制所述電路的功能。
33.如權(quán)利要求29所述的方法，其特征在于，對所述碳化硅材料進行摻雜，以調(diào)節(jié)其對紅外輻射的光譜響應(yīng)。
全文摘要
將最好為單晶形式的碳化硅(6)用作具有高溫和高功率性能的紅外輻射探測器。其應(yīng)用包括探測來自獲取輻射源(2)的功率或能量。
文檔編號H01L31/0312GK1351763SQ00807852
公開日2002年5月29日 申請日期2000年3月20日 優(yōu)先權(quán)日1999年5月21日
發(fā)明者J·D·帕森斯 申請人:海特朗股份有限公司