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[美国机械工程师学会（ASME）2018年电子与光子微系统封装与集成国际技术会议及展览 - 美国加利福尼亚州旧金山（2018年8月27日星期一）] 美国机械工程师学会2018年电子与光子微系统封装与集成国际技术会议及展览 - 4H碳化硅上电阻式应力传感器的设计与校准

DOI：10.1115/IPACK2018-8219 出版年份：2018 更新时间：2025-09-10 09:29:36
摘要： 应力传感器在集成电路封装相关问题的"健康监测"方面展现出潜力，而碳化硅材料具有在更高温度下工作的优势，可应用于封装高压大功率碳化硅器件、汽车与航空航天系统、地热发电厂及深井钻探等领域。本文探讨了4H碳化硅（4H-SiC）上电阻式应力传感器的理论原理与单轴校准方法，并为四元件电阻花环和范德堡（VDP）应力传感器提供了新的理论描述。研究结果揭示了其与(100)晶向硅的异同：4H-SiC硅面电阻器仅对六维应力状态中的四个分量产生响应；存在可测量面内应力分量的四元件花环设计方案；能以温度补偿方式测量两个应力参量。与硅材料不同，碳化硅仅需一个综合系数即可实现温度补偿应力测量。通过单个VDP器件的校准数据可计算4H-SiC材料的基本横向与纵向压阻系数。实验给出了范德堡结构及p/n型电阻器的横向/纵向压阻系数，其中VDP器件的应力灵敏度达到标准电阻花环的3.16倍预期值。
作者： Richard C. Jaeger，Jeffrey C. Suhling，Jun Chen，Leonid Fursin
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研究概述 实验方案 设备清单

研究目的

讨论4H碳化硅（4H-SiC）上电阻式应力传感器的理论与单轴校准，并为四元件电阻花环和范德堡（VDP）应力传感器提供新的理论描述。

研究成果

碳化硅相比硅具有在更高温度下工作的优势，可广泛应用于多个领域。本研究建立了标准4H-SiC晶圆上电阻器与范德堡器件应力依赖性的一般表达式，并推导出横向与纵向压阻系数之间的关系。四端范德堡器件被证明是校准4H-SiC横向和纵向压阻系数的理想载体，同时给出了p型和n型4H-SiC系数的实验结果。

研究不足

该研究仅限于在单轴应力条件下对4H-SiC上电阻式应力传感器进行校准。温度变化的影响以及传感器与标准4H-SiC晶圆轴精确对准的必要性被指出为潜在的优化领域。

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