[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

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。