專利名稱：使用脈沖加熱和熱定位進(jìn)行有效的電阻微調(diào)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的涉及一個(gè)或多個(gè)電阻的微調(diào)，適用于廠商-用戶鏈中的任一環(huán)。本發(fā)明尤其涉及通過利用電阻自身中的電流或相鄰電阻中的電流進(jìn)行電阻加熱來進(jìn)行微調(diào)。
背景技術(shù)：
電阻的微調(diào)(調(diào)整)是被廣泛應(yīng)用的工序，用于微電子和電子部件的生產(chǎn)中以及用戶電路的普通涉及中，尤其用于需要精確校準(zhǔn)的場合。原則上，電阻被微調(diào)直至可觀察到的局部的或總的電路參數(shù)達(dá)到需要的值。電阻微調(diào)被廣泛應(yīng)用于各種部件和器件的生產(chǎn)以及用戶群中。
已經(jīng)存在多種用于微調(diào)電阻的方法，它們可用于廠商-用戶鏈的各個(gè)環(huán)節(jié)中，其中包括激光微調(diào)、電微調(diào)、通過使用熔絲重新配置電阻網(wǎng)絡(luò)而進(jìn)行的微調(diào)以及通過使用具有可變電阻匝數(shù)的調(diào)諧電位器(電位計(jì))。
許多作者都已經(jīng)注意到了電熱微調(diào)現(xiàn)象，它可用于各種電阻材料的微調(diào)。例如，Kato和Ono(“Constant Voltage Trimming of Heavily-DopedPolysilicon Resistors”，Jpn.J.Appl.Phys.Vol.34，1995，pp.45-53)將實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論模型相聯(lián)系，作為施加的電壓和電流的函數(shù)的多晶硅的不穩(wěn)定性被歸咎于晶粒邊界處的熔融分凝(melting-segregation)，且受到晶粒阻抗的溫度依賴性影響。在他們的方程中，可見阻抗特性是高度非線性的，在低能耗散的情況下阻抗變化很小或沒有(低于某個(gè)閾值)，在每個(gè)閾值以上時(shí)不穩(wěn)定性顯著增加。此外，由Motorola公司的D.Feldbaumer和J.Babcock(“Theory and Application of Polysilicon Resistor Trimming”，Solid-StateElectronics，1995，vol.38，pp.1861-1869)所進(jìn)行的研究證實(shí)了在較高溫度下如此微調(diào)的多晶硅電阻在室溫下或接近于室溫條件下工作時(shí)其絕對阻抗呈現(xiàn)優(yōu)良的穩(wěn)定性。
懸于空穴上方的經(jīng)顯微機(jī)械加工后的平臺(tái)上的多晶硅電阻的熱不穩(wěn)定性(伴隨溫度的不穩(wěn)定阻抗變化)是已知的(Canadian MicroelectronicsCorporation Report #IC95-08 Sept 1995；以及O.grudin，R.Marinescu，L.M.Landsberger，D.Cheeke，M.kanrizi所著的“CMOS-Compatible High-Temperature Micro-HeaterMicrostructure Release and Testing”，CanadianJournal of Elec.And Comp.Engineering，2000，Vol.25，No.1，pp.29-34)。已知的是，對于微平臺(tái)上的阻抗元件，阻抗可以依據(jù)施加到該阻抗元件上的功率而增大或減小。這通常被認(rèn)為是不利于將多晶硅用于穩(wěn)定性及其重要的阻抗元件。本發(fā)明涉及利用此不穩(wěn)定性(或任何類似的阻抗材料中與閾值相關(guān)的不穩(wěn)定性)來克服現(xiàn)存于所有已有技術(shù)中的任何障礙。具體而言，在某個(gè)溫度或功率耗散閾值以下，材料是穩(wěn)定的，而在此閾值以上時(shí)，材料就相對不太穩(wěn)定，因此可以改變其阻抗。
已經(jīng)存在有根據(jù)通過在阻抗元件中脈沖施加高電流所引入的電遷移來對金屬電阻進(jìn)行電微調(diào)(美國專利第4870472號，第4606781號)。此方法依靠非常高的電流密度來引起電遷移。
已經(jīng)存在有在對置于襯底上的多晶硅電阻的電阻率由熱引入的變化的基礎(chǔ)上的電微調(diào)(美國專利第4210996號；D.Feldbaumer，J.Babcock，V.Mercier，C.Chun，“Pulse Current Trimming of Polysilicon Resistors”，IEEETrans.Electron Devices，1995，vol.42，pp.689-695；D.Feldbaumer，J.Babcock，“Theory and Application of Polysilicon Resistor Trimming”，Solid-StateElectronics，1995，vol.38，pp.1861-1869)，或者在由其他熱易變類型的材料所制成的電阻基礎(chǔ)上的電微調(diào)。此方法依靠施加高耗散功率(如數(shù)瓦)來在電阻處于襯底上時(shí)充分地加熱電阻，襯底成為一個(gè)熱匯。該方法反過來要求高電壓，且?guī)砹耸艿浇c(diǎn)放電損壞的危險(xiǎn)。
為了回避該問題(這在很大程度上是可以探討的)，Motorola發(fā)明一種功能電阻的熱微調(diào)，它通過與功能電阻電隔離的一個(gè)附屬電阻來進(jìn)行。這使得函數(shù)微調(diào)能夠設(shè)定一個(gè)大電路(其中具有作為一個(gè)部件的可微調(diào)電阻)的參數(shù)(美國專利第5679275號，第5635893號，第5466484號)而無需反復(fù)地連接/斷開功能電阻。這也使得能夠?qū)哂懈咦杩怪档碾娮柽M(jìn)行微調(diào)，而無需對加熱電阻的額外限制。
Motorola的該發(fā)明包括將電阻相互層疊的放置，它們之間用非常薄的一層電絕緣薄膜隔開。這樣的配置是主要的要求，因?yàn)閮蓚€(gè)電阻位于作為熱匯的襯底上。因此，要求耗散相當(dāng)大的功率量來維持微調(diào)溫度。結(jié)果，為了使加熱電阻傳遞到功能電阻的熱最大化，已有技術(shù)中這種層疊配置是較佳的。任何其他的配置，諸如并列和由同一沉積層制成，將要求高得多的加熱電阻的功率耗散，這反過來要求更高的供電電壓并過度地加熱襯底。要指出的是加熱電阻所耗散的大量功率必須經(jīng)由絕緣氧化物、功能電阻以及其他周圍的層和器件被傳導(dǎo)走。在襯底的一個(gè)空穴(如在硅中顯微機(jī)械加工出的一個(gè)空穴)上懸掛微平臺(tái)或微結(jié)構(gòu)(包括用于加熱和/或感應(yīng)的電阻性元件)的概念在近十年或更長時(shí)間內(nèi)已經(jīng)在文獻(xiàn)中所公知(Canadian Microelectronics Corporation Report #IC95-08 Sept 1995；F.Volklein and H.Baltes.“A Microstructure for Measurement of ThermalConductivity of Polysilicon Thin Films”，J.Microelectromechanical Systems，Vol.1，No.4，Dec 1992，p.193以及其中的引用文獻(xiàn)；Y.C.Tai以及R.S.Muller，“Lightly-Doped Polysilicon Bridge as an Anemometer”Transducers’87，Rec.ofthe 4th International Conference on Solid-State Sensors and Actuators 1987，ppp.360-363；N.R.Swart以及A.Nathan，“Reliability Study of Polysilicon forMicrohotplates”Solid State Sensor and Actuator Workshop，Hilton Head，June13-16，1994，pp.119-122)。具有嵌入的阻抗元件的微平臺(tái)普遍見于1990年或更早之后的微傳感器、微傳動(dòng)器以及微電子機(jī)械結(jié)構(gòu)(MEMS)方面的文獻(xiàn)中(如，I.H.Choi和K.Wise，“A Silicon-Thermopile-Based Infrared SensingArray for Use in Automated Manufacturing”IEEE Transactions on ElectronDevices，vol.ED-33，No.1，pp.72-79，Jan 1986)。
用阻性加熱器加熱整個(gè)懸掛微平臺(tái)或微結(jié)構(gòu)的概念在至少約十年的時(shí)間內(nèi)也在文獻(xiàn)中所公知(C.H.Mastrangelo，J.H.-L.Yeh，R.S.Muller，“Electricaland Optical Characteristics of Vacumm-Sealed Polysilicon Microlamps”，IEEETrans.Electron.Dev.，vol.39，No.6，June 1992，pp.1363-1375；N.R.Swart和A.Nathan，“Reliability of Polysilicon for Micro-plates”Solid-State Sensor andActuator Workshop，Hilton Head，South California，June 13-16，1994，pp.119-122；S.Wessel，M.Parameswaran，R.F.frindt和R.Morrison，“A CMOSThermallly-isolated Heater Structure as Substrate for Semiconductor GasSensors”Microelectronics，Vol.23，No.6，Sept 1992，pp.451-456；M.Parameswaran，A.M.Robinson，Lj.Ristic，K.C.Chau和WlAllegretto，“ACMOS Thermally Isolated Gas Flow Sensor”Sensors and Materials，2，1，(1990)，pp.17-26)。密西根大學(xué)獲得的專利(美國專利第6169321號)中，通過使用微平臺(tái)上的獨(dú)立的微加熱器，由熱引入對參數(shù)修改，如諧振頻率和顯微機(jī)械加工的諧振器的Q值以及也置于微平臺(tái)上的其他微結(jié)構(gòu)的Q值。
已知對溫差風(fēng)速計(jì)型(thermo-anemometer-type)傳感器的熱微調(diào)(美國專利第5808197號)，其中對溫度敏感的金屬電阻器被加熱，直至氧化，從而改變金屬薄膜的阻抗。該過程是不可逆的，且用在生產(chǎn)階段(對用戶或現(xiàn)場微調(diào)不實(shí)際)。
另外還已經(jīng)發(fā)明了一種方法(美國專利第6097276號)，它根據(jù)具有正的和負(fù)的阻抗溫度系數(shù)(TCR)的兩個(gè)電阻的組合(聯(lián)系)來建立隨溫度具有小或無漂移(稱為“零TCR”)的精確阻抗，然后進(jìn)行激光微調(diào)。該方法包括校準(zhǔn)步驟，其中電阻被加熱到一個(gè)預(yù)定的溫度(T)，然后測量溫度T引入的阻抗漂移，然后對結(jié)構(gòu)進(jìn)行激光微調(diào)，以使組合電阻的網(wǎng)絡(luò)TCR最小，然后重復(fù)該過程，直至TCR減小到希望的水平。
在已有的發(fā)明(美國專利第5679275號、第5635893號、第5466484號)中也已經(jīng)考慮了在某些器件和應(yīng)用中引入可微調(diào)電阻。具體而言，(美國專利第5679275號、第5635893號、第5466484號)概括了在運(yùn)算放大器、基準(zhǔn)電壓源以及數(shù)模轉(zhuǎn)換器和模數(shù)轉(zhuǎn)換器(DAC/ADC)中使用。
需要高精度的微調(diào)，它能夠超過激光微調(diào)所能實(shí)現(xiàn)的精確度，且不需要大功率激光器等特殊設(shè)備。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的一個(gè)目的是，通過獲取目標(biāo)元件中雖時(shí)間相對恒定的溫度以及獲取目標(biāo)元件中的相對平坦的空間溫度圖，從而對由不穩(wěn)定材料制成的功能電阻進(jìn)行有效的微調(diào)，其中微調(diào)特性敏感地依賴于某個(gè)閾值以上的溫度。這可以使得能夠在更多樣的環(huán)境下對更多種器件中的電阻進(jìn)行有效的微調(diào)，并使得能夠?qū)?yīng)用設(shè)備(如電阻分壓器、調(diào)諧電位器、電阻網(wǎng)絡(luò)、運(yùn)算放大器、測量放大器、基準(zhǔn)電壓源、DAC/ADC、信號調(diào)節(jié)電路、增益可編程放大器、壓電電阻以及傳感器)進(jìn)行實(shí)際的用戶微調(diào)和現(xiàn)場微調(diào)。
本發(fā)明的目的還在于在維持緊密的熱接觸的同時(shí)獨(dú)立地微調(diào)功能元件，諸如電阻。
本發(fā)明的目的還在于減小完成微調(diào)所需的功率量。
本發(fā)明的目的還在于微調(diào)電阻等功能元件，其中希望的輸出信號嚴(yán)格地依賴于至少兩個(gè)可獨(dú)立微調(diào)的功能元件的互動(dòng)響應(yīng)。
根據(jù)本發(fā)明的第一個(gè)廣泛方面，提供了一種用于微調(diào)功能電阻的方法，該方法包括在襯底上設(shè)置熱隔離的微平臺(tái)；在所述熱隔離的微平臺(tái)上放置多個(gè)可熱微調(diào)功能電阻；對所述熱隔離的微平臺(tái)的一部分施加熱脈沖，使得微調(diào)所述多個(gè)功能電阻中的一個(gè)的阻抗值，而同時(shí)剩余所述多個(gè)功能電阻的阻抗值保持基本上不被微調(diào)。
較佳地，脈沖加熱被用來加熱熱隔離板的一個(gè)子區(qū)域。這里，熱耗散(或熱耗散的大部分)應(yīng)該被定位在熱隔離板的一個(gè)相對較小的部分內(nèi)(包含加熱目標(biāo)區(qū)域(一個(gè)或多個(gè))，可以是面積或體積)，不影響板上的其它元件。在此具體模式(加熱熱隔離板的一個(gè)子區(qū)域)中可以用四種類型的脈沖(穩(wěn)定狀態(tài)方形脈沖，準(zhǔn)靜態(tài)方形脈沖，動(dòng)態(tài)方形脈沖和動(dòng)態(tài)整形脈沖)。
除此模式外，針對加熱目標(biāo)區(qū)域周圍范圍內(nèi)的熱耗散的另兩種可能加熱定位模式是“襯底上的子區(qū)域”和“熱隔離板”。在襯底上的子區(qū)域模式中，熱耗散(或熱耗散的大部分)應(yīng)該被定位到器件的一個(gè)子區(qū)域內(nèi)(包含加熱目標(biāo)區(qū)域)，其中該子區(qū)域就位于襯底(通常是半導(dǎo)體襯底)上。加熱目標(biāo)區(qū)域可以直接在襯底上，或者通過薄膜被支撐在主襯底上或與主襯底分隔開，薄膜可以使絕緣的。在熱隔離板模式中，熱耗散(或熱耗散的大部分)應(yīng)該被定位到包含加熱目標(biāo)區(qū)域的一個(gè)相對熱隔離的板內(nèi)。該板與主襯底(通常是半導(dǎo)體襯底)有相對較好的熱隔離。實(shí)現(xiàn)這種熱隔離的一種途徑是將板懸掛在襯底中的一個(gè)空穴上。通常該板可以由各種層組成，如絕緣體或?qū)w或半導(dǎo)體(層)，只要總的熱隔離比較好。本質(zhì)上，所有這三種加熱定位模式都可以使用動(dòng)態(tài)整形脈沖。
根據(jù)本發(fā)明的第二個(gè)廣泛方面，提供了一種提供和微調(diào)電路的方法，該方法包括在襯底上設(shè)置至少一個(gè)熱隔離的微平臺(tái)；在所述至少一個(gè)熱隔離的微平臺(tái)上放置具有非零溫度引入漂移的至少兩個(gè)阻抗元件，使得所述至少一個(gè)熱隔離的微平臺(tái)上的所述至少兩個(gè)阻抗元件處于基本上相同的工作環(huán)境，所述至少一個(gè)熱隔離的微平臺(tái)上的所述至少兩個(gè)阻抗元件中的至少一個(gè)是可熱微調(diào)的；微調(diào)所述至少一個(gè)微平臺(tái)上的所述至少一個(gè)阻抗元件，以通過熱循環(huán)微調(diào)所述電路；以補(bǔ)償所述至少一個(gè)微平臺(tái)上的所述工作環(huán)境的方式，將所述至少兩個(gè)阻抗元件在所述電路中連接在一起；其中所述至少一個(gè)微平臺(tái)上工作時(shí)所產(chǎn)生的熱量分布在所述至少兩個(gè)阻抗元件之間，使得溫度漂移基本上被補(bǔ)償。
根據(jù)本發(fā)明的第三個(gè)廣泛方面，提供了一種用于微調(diào)功能電阻的方法，該方法包括在襯底上設(shè)置熱隔離的微平臺(tái)；在所述熱隔離的微平臺(tái)上放置功能電阻；對所述功能電阻施加具有功率耗散幾何結(jié)構(gòu)的熱源，該幾何結(jié)構(gòu)被調(diào)整成使得在所述功能電阻的溫度被提高以進(jìn)行微調(diào)時(shí)獲取所述功能電阻上基本恒定的溫度分布；用至少一個(gè)熱脈沖微調(diào)所述功能電阻。
根據(jù)本發(fā)明的第四個(gè)廣泛方面，提供了一種用于微調(diào)功能電阻的電路，該電路包括在襯底上設(shè)置的熱隔離的微平臺(tái)；在所述熱隔離的微平臺(tái)上放置的多個(gè)間隔開的功能電阻；以及微調(diào)電路，用于對所述熱隔離的微平臺(tái)的一部分施加熱脈沖，使得微調(diào)所述多個(gè)功能電阻中的一個(gè)的阻抗值，而同時(shí)剩余所述多個(gè)功能電阻的阻抗值保持基本上不被微調(diào)。
根據(jù)本發(fā)明的第五個(gè)廣泛方面，提供了一種用于微調(diào)電路元件的電路，該電路包括在襯底上設(shè)置的至少一個(gè)熱隔離的微平臺(tái)；在所述至少一個(gè)熱隔離的微平臺(tái)上放置的具有非零溫度引入漂移的至少兩個(gè)阻抗元件，使得所述至少一個(gè)熱隔離的微平臺(tái)上的所述至少兩個(gè)阻抗元件處于基本上相同的工作環(huán)境，所述至少一個(gè)熱隔離的微平臺(tái)上的所述至少兩個(gè)阻抗元件中的至少一個(gè)是可熱微調(diào)的；以及微調(diào)電路，用于熱微調(diào)所述至少兩個(gè)阻抗元件中的至少一個(gè)，其中以補(bǔ)償所述至少一個(gè)微平臺(tái)上的所述工作環(huán)境的方式，將所述至少兩個(gè)阻抗元件在所述電路中連接在一起，且所述至少一個(gè)微平臺(tái)上工作時(shí)所產(chǎn)生的熱量分布在所述至少兩個(gè)阻抗元件之間，使得溫度漂移效應(yīng)被補(bǔ)償。
根據(jù)本發(fā)明的第六個(gè)廣泛方面，提供了一種用于微調(diào)功能電阻的電路，該電路包括在襯底上設(shè)置的熱隔離的微平臺(tái)；在所述熱隔離的微平臺(tái)上的功能電阻，對所述功能電阻施加具有功率耗散幾何結(jié)構(gòu)的熱源，該幾何結(jié)構(gòu)被調(diào)整成使得在所述功能電阻的溫度被提高以進(jìn)行微調(diào)時(shí)獲取所述功能電阻上基本恒定的溫度分布；微調(diào)電路，用于微調(diào)所述功能電阻。
根據(jù)本發(fā)明的第七個(gè)廣泛方面，提供了一種用于計(jì)算功能電阻的阻抗溫度系數(shù)的方法，所述方法包括在襯底上設(shè)置至少一個(gè)熱隔離的微平臺(tái)；在所述至少一個(gè)熱隔離的微平臺(tái)上放置功能電阻；加熱所述功能電阻；在多個(gè)溫度上測量所述功能電阻的阻抗值；以及根據(jù)所述測得的阻抗值計(jì)算所述阻抗溫度系數(shù)。
根據(jù)本發(fā)明的第八個(gè)廣泛方面，提供了一種用于計(jì)算功能電阻的阻抗溫度系數(shù)的電路，所述電路包括在襯底上設(shè)置的至少一個(gè)熱隔離的微平臺(tái)；在所述至少一個(gè)熱隔離的微平臺(tái)上放置的功能電阻；加熱電路，用于加熱所述功能電阻；測量電路，用于在多個(gè)溫度上測量所述功能電阻的阻抗值；以及計(jì)算電路，用于根據(jù)在所述多個(gè)溫度上的所述阻抗值計(jì)算所述阻抗溫度系數(shù)。


參見下面的描述以及所附的示圖，將會(huì)更好地理解本發(fā)明的這些和其它特征、方面以及優(yōu)點(diǎn)，其中附圖包括
圖1描繪了溫度-時(shí)間圖，示出了相對于加熱目標(biāo)區(qū)域中所維持的溫度的不同脈沖加熱模式；圖2懸掛于空穴上的微平臺(tái)的可能配置的頂視圖，其具有四個(gè)電阻；圖3是圖2所示結(jié)構(gòu)的截面圖；圖4概略地顯示了微平臺(tái)上兩對功能電阻和加熱電阻的可能布局，以及在瞬時(shí)和靜態(tài)溫度條件下的相應(yīng)溫度分布；圖5概略地顯示了與圖4類似的具有多個(gè)槽的微平臺(tái)的可能布局；圖6概略地顯示了與圖4、5類似的具有連續(xù)槽的微平臺(tái)的可能布局；圖7是進(jìn)入微平臺(tái)的橋路之一的電觸點(diǎn)的圖，用于不受襯底上的熱梯度影響；圖8概略地顯示了排列在單個(gè)微平臺(tái)上的R-2R分壓器的可能布局；圖9顯示了在獨(dú)立封閉鄰近微平臺(tái)上的電阻對例子；圖10顯示了在獨(dú)立封閉鄰近微平臺(tái)上的電阻對例子，其具有被安排成不受襯底上的熱梯度影響的橋路和連接；圖11概略地顯示了在獨(dú)立微平臺(tái)(或具有連續(xù)槽的單個(gè)微平臺(tái))上的可微調(diào)R-2R分壓器的布局例子；圖12顯示了試圖在熱目標(biāo)區(qū)的邊緣耗散更多功率的三個(gè)布局例子；圖13時(shí)允許隨時(shí)間變化的熱隔離的配置例子；圖14顯示了兩個(gè)功能電阻以及與功能電阻電隔離的兩個(gè)加熱電阻的電簡圖；圖15顯示了設(shè)置在具有一個(gè)槽的單個(gè)微平臺(tái)上的可微調(diào)熱傳感器(如溫差風(fēng)速計(jì)或熱加數(shù)計(jì))的一個(gè)可能實(shí)施例；圖16顯示了設(shè)置在多個(gè)微平臺(tái)上的熱傳感器(如溫差風(fēng)速計(jì)或熱加數(shù)計(jì))的一個(gè)可能實(shí)施例。
具體實(shí)施例方式
要指出的是，為了本揭示的目的，微調(diào)應(yīng)被理解為提高或減小電阻的室溫阻抗值。還要指出的是，熱隔離指的是一個(gè)元件與其它元件相隔離，使得該元件和其它元件之間生成的熱通量(與溫度差成比例)總地較低。電隔離指的是一個(gè)元件與其它元件相隔離，使得此元件和其它元件之間的阻抗非常高(如數(shù)百千歐姆)。名詞信號指的是任何數(shù)據(jù)或控制信號，它可以使電流、光脈沖或任何等價(jià)物。另外，獲取恒定或平坦的溫度分布T(x)等效于電阻上相對平坦或基本上恒定的溫度分布。整個(gè)阻抗不可能處于相同的溫度，因?yàn)殡娮璧囊徊糠直仨毰c微平臺(tái)相分離(由于電阻的連續(xù)屬性)且電觸點(diǎn)必須處于較低的溫度。因此，獲取電阻上基本恒定的溫度分布應(yīng)被理解成是在電阻的最大可能的部分上。脈沖應(yīng)被理解成短時(shí)間的電流。
作為這里本發(fā)明的基礎(chǔ)，需要對某些加熱模式和加熱定位進(jìn)行概述和討論。電阻的熱微調(diào)和熱電微調(diào)包括在某個(gè)時(shí)間長度內(nèi)將熱施加到一個(gè)目標(biāo)電阻。因此，幾乎根據(jù)定義，所有這樣有目的的微調(diào)都是通過加熱脈沖(一個(gè)或多個(gè))來完成。若電阻的特性是已知的或者是具有高度的可預(yù)測性的，這能夠用單個(gè)完善設(shè)計(jì)好的脈沖來完成有效的微調(diào)。如果電阻的特性不是已知的或者是具有高度的可預(yù)測性的，或者如果要求更大的準(zhǔn)確度，可以施加一系列調(diào)整脈沖?？偟膩碚f，這些脈沖可以具有簡單的形狀(如方形)，或較復(fù)雜的形狀，這是依據(jù)需要的加熱特性隨時(shí)間的變化而定的。
另外，由于通常針對的是位于一個(gè)較大(通常是集成的)器件的某個(gè)子體積或子面積中的特定電阻元件，(該器件通常必須在某個(gè)狹窄范圍內(nèi)維持其工作溫度)，因此在該目標(biāo)元件上或附近的加熱定位就顯得極其重要。具體而言，目標(biāo)元件(一個(gè)或多個(gè))上的加熱的時(shí)間和空間變化對于獲取希望的微調(diào)結(jié)果而言是非常重要的，而該結(jié)果受到脈沖與加熱定位特性這兩者的很大影響。
根據(jù)微調(diào)的高非線性屬性，這些將尤其重要。例如，微調(diào)的程度以及電阻元件的阻抗是增大還是減小(向上還是向下微調(diào))都是非常敏感地依賴于該電阻元件的實(shí)際瞬時(shí)溫度。因此，精確和有效的微調(diào)是嚴(yán)格地依賴于對加熱的時(shí)間和空間變化(亦即對脈沖和加熱定位模式)的精準(zhǔn)控制。本發(fā)明中，對某些情況尤其感興趣，這將在下面進(jìn)行概述和討論。
圖1a中所描繪的情況是使用了一個(gè)方形脈沖，加熱目標(biāo)元件及其周邊在脈沖的大部分(如在脈沖持續(xù)時(shí)間90％以上的2％內(nèi))中獲得了熱穩(wěn)定狀態(tài)。雖然空間輪廓可能隨著加熱目標(biāo)區(qū)域之內(nèi)或周邊的位置不同而變化，但在最初的斜度之后，該T(x)輪廓線變成了隨時(shí)間Δtss的恒定，其中Δtss基本上小于方形脈沖的持續(xù)時(shí)間Δtp。此類脈沖被稱為穩(wěn)定狀態(tài)值方形脈沖。
圖1b中所描繪的情況也是一個(gè)方形脈沖，其中在脈沖持續(xù)時(shí)間的相當(dāng)大的百分比時(shí)間內(nèi)，在穩(wěn)定狀態(tài)值得某些更放寬的比例(如10％)之內(nèi)，加熱目標(biāo)區(qū)域及其周邊獲得了一些平衡措施。這與以上的(a)在原理上相類似，但能夠用在對溫度控制的精確度要求不高的情況下。此類脈沖被稱為準(zhǔn)靜態(tài)方形脈沖。
圖1c所描繪的情況表示了一個(gè)方形脈沖，其中脈沖的持續(xù)時(shí)間Δtp遠(yuǎn)小于時(shí)間常數(shù)Δtss，藉以在加熱目標(biāo)區(qū)域中和周圍實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定狀態(tài)加熱分布。該加熱目標(biāo)區(qū)域只經(jīng)歷溫度的迅速上升和下降，而不經(jīng)歷平衡。此類脈沖被稱為動(dòng)態(tài)方形脈沖。
由于在上面的圖1c中缺少溫度平衡，該脈沖可以被整形用于使得加熱目標(biāo)區(qū)域中的瞬時(shí)(上升的)溫度隨時(shí)間恒定。同樣，脈沖持續(xù)時(shí)間Δtp遠(yuǎn)小于時(shí)間常數(shù)Δtss以進(jìn)行平衡，但這里的脈沖形狀被設(shè)計(jì)成實(shí)現(xiàn)相對平坦的時(shí)間特性，除了迅速的開啟和關(guān)閉過渡之外。圖1d中描繪了這種情況的一個(gè)例子，它展示了一個(gè)動(dòng)態(tài)整形后的脈沖。
在DC/準(zhǔn)靜態(tài)和穩(wěn)定狀態(tài)微調(diào)中，可以使用相對長的微調(diào)脈沖，如100毫秒或更長，且被加熱的微結(jié)構(gòu)可以或可以不被這些脈沖相對均勻地和整體地加熱。若將被加熱的微結(jié)構(gòu)模擬成被這些脈沖相對均勻地和整體地加熱，那么對于很多應(yīng)用而言將能夠?qū)⒆畲蟮暮侠砉β蔖max估計(jì)成P＝IV＝I2R＝V2/R＝Pmax＝100mW。例如，則可以對應(yīng)于Rheater＝500Ω(相對較低)，I＝15mA，V＝7.5V(對于很多用戶器件足夠低)。對于這樣的參數(shù)，為了達(dá)到升高500℃-700℃的溫度，(在熱微調(diào)電阻的情況下是大致實(shí)際的)，微結(jié)構(gòu)必須具有高于5-7°K/mW的熱隔離。對于被加熱微結(jié)構(gòu)的子區(qū)域的情況，以上的數(shù)值分析也是有效的。必須恰當(dāng)?shù)卦O(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的幾何形狀、材料和布局以符合此要求。例如，在基于懸掛微結(jié)構(gòu)的器件中，這相應(yīng)變成對支撐橋路的長度和寬度、厚度、構(gòu)成微結(jié)構(gòu)的層的熱傳導(dǎo)性以及空穴深度等參數(shù)的限制。
在本發(fā)明基于脈沖的微調(diào)中，使用足夠短的脈沖來加熱特定微結(jié)構(gòu)的某些定位區(qū)域，而不影響同一微結(jié)構(gòu)上的附近區(qū)域(或附近的其他微結(jié)構(gòu))。為了使脈沖微調(diào)能夠?qū)嶋H而有效，對于相同的基于用戶的限制，同樣微調(diào)功率不能太高，此外還有附加的限制，即微結(jié)構(gòu)自身中的熱傳導(dǎo)性不能太高。這反過來限制了微結(jié)構(gòu)的厚度h等參數(shù)(假設(shè)它是大致平面的形狀)。能量為E＝PΔt的單個(gè)微調(diào)脈沖必須厚度為h的懸掛微結(jié)構(gòu)的面積Ah，直至高于微調(diào)溫度Ttrim，Ttrim由公式Ttrim=PΔtcvρ(Vh).]]>被加熱的體積可以被描述成(Ahh)，其中Ah是被加熱區(qū)域的有效面積。由于熱擴(kuò)散具有特征長度Lhd=2xΔt]]>(其中熱擴(kuò)散率χ＝k/ρcv；k是導(dǎo)熱系數(shù)；ρ是密度；cv是微結(jié)構(gòu)材料的具體熱量)，被加熱面積Ah＝(πLhd2+AR)，其中AR是加熱器電阻的面積。因此，若忽略加熱器電阻的面積，Ttrim=P2πkh.]]>相對于最大功率Pmax，微結(jié)構(gòu)的厚度h必須充裕地小于h<Pmax2πkTtrim.]]>例如，若Pmax＝100mW，Ttrim＝700℃且k＝0.014Wcm·°K(對于氧化硅)，厚度h必須小于～17微米。實(shí)際地，厚度h應(yīng)該小于～10微米，因?yàn)?1)加熱器和微調(diào)電阻的實(shí)際大小不可能被忽略(2)真實(shí)的結(jié)構(gòu)(通常是多層)的導(dǎo)熱系數(shù)k通常較高(例如包括氮化硅(k＝0.16Wcm·°K)和多晶硅(k＝0.3Wcm·°K))。進(jìn)一步減小h使得給定的脈沖能量能夠在加熱面積中實(shí)現(xiàn)更高的溫度。
圖2-4中概略地顯示了本發(fā)明的器件的可能配置。圖2描繪了作為四個(gè)電阻的機(jī)械支撐的一個(gè)雙橋懸臂1，是個(gè)電阻包括兩個(gè)功能電阻R1、R2和兩個(gè)電加熱的電阻R1h、R2h。電阻放置在懸臂1的中心區(qū)域2上。懸臂1懸掛在硅襯底3中蝕刻出的空穴9上，因此使得懸臂1與作為熱匯的硅襯底3熱隔離。到電阻4、5、6、7的電連接經(jīng)過兩個(gè)橋路8，進(jìn)入硅襯底3上的非熱隔離區(qū)域。圖3給出了該顯微機(jī)械加工結(jié)構(gòu)的截面圖。
在較佳實(shí)施例中，使用CMOS(或BiCMOS或其他)等標(biāo)準(zhǔn)的微加工技術(shù)來加工阻性和介質(zhì)層以形成該懸臂。已公知的是這樣的介質(zhì)層，諸如氧化硅和氮化硅具有較低的導(dǎo)熱系數(shù)。
因此對于這里所描述的一類微結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)好的熱隔離(大約5-7°K/mW)。
電阻R1、R2、R1h、R2h可以用具有20-100Ω/平方的片電阻的多晶硅制成，這樣的多晶硅是CMOS技術(shù)中典型的。已有技術(shù)中還已知通過將多晶硅電阻加熱至高于某個(gè)預(yù)知Tth的溫度(如Tth＝500℃)，能夠?qū)λ麄冞M(jìn)行熱微調(diào)。
若采用1微米解析度的技術(shù)工藝，阻抗為10kΩ(例如)的多晶硅電阻可以容易地被加工成大約30微米×30微米的面積。對于0.8微米活0.35微米或者更小形體尺寸的工藝，電阻的尺寸可以小得多。因此，所有四個(gè)電阻，兩個(gè)各自阻抗為例如10kΩ的功能電阻和兩個(gè)阻抗最好較低(如大于1kΩ)的附屬電阻，可以在熱隔離區(qū)域2上被加工成具有500平方微米到20000平方微米范圍內(nèi)的典型面積(如50微米×100微米)。該尺寸對于很多可能的應(yīng)用都是合理的，且整個(gè)結(jié)構(gòu)的釋放能夠通過公知的微加工技術(shù)來完成，例如在各向同性蝕刻劑溶液中進(jìn)行化學(xué)蝕刻，或者各向同性干燥硅蝕刻技術(shù)。
圖4概略地顯示了放置在懸臂1上的電阻的一種可能布局。電阻R110、R1h12和R211、R2h13被嵌入和組合，使得R1/R1h和R2/R2h電阻的各電阻元件部分的位置沿著懸臂1的中心熱隔離區(qū)域2相互交替。圖4中所示的長度L將這些電阻部分相互隔開。
加熱電阻R1h12和R2h13可以在具有蜿蜒圖案的功能電阻的內(nèi)側(cè)或外側(cè)。圖4所示的加熱電阻在該圖案的內(nèi)側(cè)。很多可能的布局都是可用的。為了有助于維持相對空間平坦的T(x)輪廓線，讓加熱電阻處于外側(cè)(如圖12所示)是有利的。
該器件如下地進(jìn)行工作。為了解釋的簡單起見，如圖4所示，在微調(diào)脈沖(t0處)之前，該結(jié)構(gòu)穩(wěn)定于靜止的溫度T＝T靜止。當(dāng)長度為Δt的一個(gè)短電壓脈沖(方形或整形過的)被施加到電阻R1h11，一些熱量被注入對應(yīng)于R1和R1h的受限制的阻抗區(qū)域14(圖4中大致地顯示為斜線陰影部分的圓)，而對應(yīng)于R2和R2h15的受限制區(qū)域(無陰影部分的圓)維持在靜止溫度或其附近。此情況用圖4(定性動(dòng)態(tài)溫度分布圖)中時(shí)間t1(在脈沖末端)的曲線圖T(x)來表示。定量地來講，這些具體位置的過熱溫度可以被估計(jì)成(Tmax-T靜止)≈(PΔt)C，其中P是耗散功率而C是加熱位置的熱容量。該近似僅對足夠短的脈沖(動(dòng)態(tài)脈沖情況(c)和(d))有效。為了計(jì)算較佳的脈沖長度，可以進(jìn)行以下的建議。在時(shí)間tT內(nèi)，熱量沿著懸臂傳遞了某個(gè)長度L，這可以由公式tT＝L2/2χ來定義，其中熱擴(kuò)散率χ＝k/ρcv；k是導(dǎo)熱系數(shù)；ρ是密度；cv是微結(jié)構(gòu)材料的具體熱量。因此，如果L是被加熱位置14和非微調(diào)電阻15的“冷”位置之間的距離，脈沖Δt的長度最好應(yīng)該小于時(shí)間tT。這意味著電阻R110的加熱在熱量到達(dá)電阻R211之間終止。在脈沖的末端，累積的熱量進(jìn)一步擴(kuò)展到該結(jié)構(gòu)，隨時(shí)間產(chǎn)生更均勻的溫度分布。溫度分布圖4中概略地顯示了對應(yīng)此情況的在時(shí)間t2＜t3＜t4處沿結(jié)構(gòu)的溫度分布。隨著熱量被傳輸?shù)街車鸵r底上，總的溫度也朝著T靜止降低。所描述的微調(diào)周期的重要特征是R2/R2h位置處的溫度從不超過微調(diào)閾值溫度Tth。因此僅電阻R110被微調(diào)。類似地，電阻R211可以被獨(dú)立地微調(diào)，而不調(diào)整R110。估計(jì)氧化硅層(傳統(tǒng)CMOS技術(shù)中是典型的)之間的懸臂上所放置的多晶硅電阻的微調(diào)過程以及“熱”和“冷”為之間的距離L＝20微米給出了一個(gè)小于0.4毫秒的合適的脈沖長度Δt(k＝0.014Wcm·°K；ρ＝2.19g/cm3；對于氧化硅cv＝104J/g·°K)(R.S.Muller，T.I.Kamins.Device electronics for integrated circuits John Wiley & Sons Inc.NY，Second Edition.1986)。
已有技術(shù)(例如，D.Feldbaumer，J.Babcock，V.Mercier，C.Chun，PulseCurrent Trimming of Polysilicon Resistors，IEEE Trans.Electron Device，1995，vol.42，pp.689-695)中的元件指出了微調(diào)減小電阻是通過高溫下的短脈沖完成的，而微調(diào)增大(恢復(fù))電阻是通過在低于減小電阻所需的溫度但高于不穩(wěn)定性閾值的溫度下長時(shí)間的提供熱量來完成的。雖然容易施加短的高溫脈沖來獨(dú)立地微調(diào)一個(gè)元件而不影響其它元件，增大(恢復(fù))電阻所需的長時(shí)間的熱量提供可能會(huì)對為平臺(tái)上多個(gè)電阻中的一個(gè)進(jìn)行獨(dú)立微調(diào)造成限制。為了解決此問題，在這些情況下可以概括出以下的有用算法(1)對微平臺(tái)上所有可微調(diào)元件在增加阻抗的溫度上提供長時(shí)間的熱量；(2)測量所有的可微調(diào)阻抗；(3)在高溫下使用短脈沖來獨(dú)立地將每個(gè)可微調(diào)電阻微調(diào)降至它所希望的值。
總的來說，T靜止可以不同于周邊溫度。例如，為了微調(diào)脈沖參數(shù)和可用電壓限制的管理，在某些情況下可能需要T靜止基本上高于周邊但低于Tth。例如，如果Tth＞＞200℃且T靜止≈200℃(可由DC加熱或合適的脈寬/脈沖周期比(如1/2)獲得)，那么為了啟動(dòng)微調(diào)，局部過熱將僅需要為(Tth-200℃)。結(jié)果，微調(diào)脈沖幅度將低于T靜止為室溫或其附近時(shí)所要求的。
對于很多應(yīng)用，電阻R110和R211的組合可以用作為分壓器(例如，R-R或R-2R分壓器)或微調(diào)電位器。這些器件的穩(wěn)定性可以被做得非常高，即使電阻具有非零的TCR，只要它們工作在相同(共同)的溫度下。然而，如果兩個(gè)電阻工作在不同的耗散功率下(這是經(jīng)常發(fā)生的)，耗散電功率間的差異將導(dǎo)致放置在微結(jié)構(gòu)上的電阻R110和R211升高不同的溫度。例如，如果電阻的TCR是0.001/°K(高摻雜多晶硅的典型值)，那么0.001°K的溫度不均衡將造成1ppm的電阻失配。這在具有很高熱隔離度的器件上此效應(yīng)將是尤其重要的，在這種器件中可能有大的溫度不均衡，即使對于中等功能電流水平而言。
為了抑制或最小化該效應(yīng)，本發(fā)明建議一種分布式的交替阻抗分組。為了使得兩個(gè)功能電阻通過跨結(jié)構(gòu)的熱傳導(dǎo)分享它們中任一個(gè)所耗散的熱量，R1/R1h和R2/R2h的小分組至少交替兩次。這樣，即使在兩個(gè)功能電阻耗散不同功率密度時(shí)，兩個(gè)電阻的溫度不均衡被顯著地減小了。圖4的底部概略地描繪了此情形(定性靜態(tài)溫度分布)，其中溫度的非均勻性很小，所有溫度都充分地低于Tth。為了改善經(jīng)由微結(jié)構(gòu)的熱傳導(dǎo)以在穩(wěn)定狀態(tài)條件下獲得更好的溫度均等化，附加材料16，最好每單位面積具有較高導(dǎo)熱系數(shù)和相對高的熱質(zhì)量，可以被放置在可調(diào)功能電阻的位置之間或附近。例如，多晶硅可以被用于此目的，因?yàn)樗梢猿惺芪⒄{(diào)期間的高溫。
根據(jù)本發(fā)明的器件的有效布局必須滿足兩個(gè)限制/規(guī)則，它們可能是部分地矛盾的(1)動(dòng)態(tài)加熱(微調(diào))期間電阻R110和R211之間的熱隔離以及(2)在緩慢變化的或直流的耗散功率水平下工作時(shí)，這些電阻間的高度的熱均等化。圖5顯示了該結(jié)構(gòu)的一種可能配置。加熱區(qū)域14和非加熱區(qū)域15間的槽17在微調(diào)期間減小了電阻R110和R211之間的熱傳遞，并提高了熱隔離。在直流的或緩變的條件下工作時(shí)，熱量通過槽17兩側(cè)的路徑擴(kuò)散到整個(gè)結(jié)構(gòu)。為了使得DC或緩變條件下的該熱傳遞更有效，最好具有高導(dǎo)熱系數(shù)的附加材料16被放置在該結(jié)構(gòu)上。這些槽的使用是的可以將兩個(gè)功能電阻靠得更近，因此減小了該微結(jié)構(gòu)的尺寸且簡化了其加工/蝕刻。
總的來說，器件設(shè)計(jì)者可以改變布局參數(shù)來優(yōu)化器件的工作和可微調(diào)性，如微調(diào)區(qū)域14間的距離L、微結(jié)構(gòu)2的寬度、由高度熱傳導(dǎo)材料制成的槽17的大小和元件16的厚度以及整個(gè)微結(jié)構(gòu)1的熱隔離水平。
圖6概略地顯示了加熱和微調(diào)電阻的另一個(gè)實(shí)施例，在微調(diào)和非微調(diào)電阻之間具有由連續(xù)槽17提供的熱隔離。
根據(jù)已有技術(shù)已知微調(diào)量ΔRtrim可以被定量地表示成ΔRtrimR0=F(Ttrim-Tth)φ(ttrim)]]>其中R0是微調(diào)電阻的初始阻抗。要注意函數(shù)F(Ttrim-Tth)和Φ(ttrim)大體上是非線性的。例如，如1995年9月Canadian Microelectronics Corporation Report#IC95-08第91頁中所描述的，熱隔離的多晶硅電阻中耗散功率30％的增加(從14mW到20mW)將導(dǎo)致微調(diào)顯著的加速。對熱微調(diào)過程該特性的理解和明智的利用對于其優(yōu)化和減小所需的能量(在由電池供電的應(yīng)用中是重要的)是必須的(如傳遞的功率/微調(diào)的溫度的微小上升可以導(dǎo)致更短的微調(diào)時(shí)間ttrim)。對于實(shí)現(xiàn)快速而且精確的微調(diào)而言，微調(diào)的非線性也是重要的。該特征可以這樣一種方式被利用，使得在調(diào)節(jié)的開始階段在一個(gè)微調(diào)溫度上完成大致和快速的微調(diào)/調(diào)節(jié)。然后，進(jìn)行和相對較慢的調(diào)節(jié)可以在另一個(gè)(可能更低)微調(diào)溫度(Ttrim＞Tth)下完成。而且，微調(diào)的方向(增大還是減小)是敏感地依賴于T。
所發(fā)明的動(dòng)態(tài)熱微調(diào)的概念要求短的微調(diào)脈沖，其長度小于微結(jié)構(gòu)的微調(diào)和非微調(diào)局部區(qū)域之間的熱傳播時(shí)間。脈沖寬度Δt還小于與周邊環(huán)境達(dá)到溫度均等化所需要的特征時(shí)間。
因此微調(diào)區(qū)域?qū)匦坞妷好}沖的典型響應(yīng)可以被概略地顯示于圖1c。要指出的是，微調(diào)時(shí)間顯著地小于脈沖寬度。為了(1)通過增加每個(gè)微調(diào)脈沖期間的微調(diào)時(shí)間來改善微調(diào)的能量效率以及(2)提供對微調(diào)溫度更好的控制，提出了具有最優(yōu)化波形的微調(diào)脈沖(參見圖1d)。在脈沖的開始，電壓幅度基本上高于整個(gè)脈沖的平均值，以迅速地到達(dá)微調(diào)溫度。然后電壓幅度被減小，使得被傳遞的功率補(bǔ)償由于熱量泄漏至周邊所引起的熱損失并將微調(diào)溫度維持在一個(gè)預(yù)定值。為了實(shí)現(xiàn)希望的微調(diào)速率并提供粗略/快速和精細(xì)/緩慢的阻抗調(diào)節(jié)，微調(diào)期間的溫度控制很重要。除了(D.Feldbaumer，J.Babcock，Theory and Application of Polysilicon ResistorTrimming，Solid-State Electronics，1995，vol.38，pp.1861-1869中所描述的)多晶硅情形下的反微調(diào)，通常僅在適當(dāng)?shù)乜刂莆⒄{(diào)溫度的時(shí)才能實(shí)現(xiàn)較高溫度下的電阻微調(diào)(如圖1d而不是1c所示)。
本發(fā)明所提出的另一個(gè)主題是使平衡的電阻R110和R211不受硅襯底3上溫度梯度的影響，該溫度梯度是由位于同一芯片上或甚至位于芯片或其封裝外的側(cè)熱源引起的。如同之前所解釋的，可能具有大致非零TCR的電阻R110和R211的工作溫度間的差異導(dǎo)致了它們的不平衡并使器件的長期穩(wěn)定性惡化。本發(fā)明提供了至少三種機(jī)制來減小此類芯片溫度梯度效應(yīng)。第一種機(jī)制是區(qū)域2與襯底3熱隔離，并因此對芯片上的溫度梯度具有較低的靈敏度。第二種機(jī)制是通過交替輪換放置在區(qū)域2上的阻抗分組而實(shí)現(xiàn)的溫度均等化，如上所述，這進(jìn)一步改善了對芯片溫度梯度的敏感度。對于第三種機(jī)制，圖7顯示了一個(gè)橋路8(微結(jié)構(gòu)1的一部分)。電線路5和6被連接至電阻R110和R211。由于襯底3的非均勻加熱所造成的空穴邊界處的溫度差ΔT0可以通過將兩個(gè)連接線路5和6之間的間隔減小至數(shù)微米或更小的范圍來最小化。另外，在距離空穴9邊沿某個(gè)距離處的溫度差ΔT1將比ΔT0還要小，因?yàn)橛醒貥蚵?的熱傳遞。
因此，將兩個(gè)匹配電阻R110和R211放置在熱隔離微結(jié)構(gòu)1上，在電接觸線5和6與R1/R1h和R2/R2hR211區(qū)域的交替輪換位置之間設(shè)置比較小的間隔距離，這些基本上使得能夠不受襯底3上的溫度梯度的影響。
如果工作時(shí)電阻R110和R211各自的耗散功率的比值是已知的，例如，對于有相同電流流經(jīng)兩個(gè)功能電阻的R-2R分壓器，那么可以使用另一種方法來使匹配的電阻R110和R211溫度均等化。此時(shí)，具有較高耗散功率(2R)的電阻位于懸臂上，使得它與硅襯底的熱隔離小于具有較低耗散功率(R)的電阻。作為一個(gè)例子，圖8概要地顯示了R-2R分壓器的一個(gè)可能布局，其中電阻R211具有比電阻R110高的阻抗。R211放置在懸臂的邊緣附近，并比電阻R110更加靠近硅襯底。因此它與硅襯底具有更好的熱接觸。如果電阻R211中耗散的功率比R110中耗散的功率高兩倍，且懸掛微結(jié)構(gòu)的布局為電阻R110提供比電阻R211高兩倍的熱隔離，那么兩個(gè)電阻所升高的溫度將是相同的。在懸臂上靠得更近，以及輪換交替的阻抗分組，將進(jìn)一步幫助使得兩個(gè)電阻的工作溫度均等化。此方法可以用來為根據(jù)某些比例匹配(不一定要是2∶1)的兩個(gè)電阻提供接近的工作溫度。
另一方面，還可以聯(lián)合設(shè)計(jì)一對微平臺(tái)，來獲得工作時(shí)密切匹配的溫度。這樣一種替換布局由位于兩個(gè)不同的熱隔離的膜(例如在一個(gè)公共的顯微機(jī)械加工的空穴上)上的兩個(gè)電阻構(gòu)成。這樣的一種布局在某些情況下是較好的，例如當(dāng)既需要較低的微調(diào)功率(DC微調(diào))又可以對工作時(shí)的溫度不平衡有較簡單的要求時(shí)。在某些情況下，即使如圖9和10所示將電阻對(其中每個(gè)電阻對由一個(gè)功能電阻(10、11)和一個(gè)加熱電阻(12、13)構(gòu)成)放置在一個(gè)獨(dú)立的微結(jié)構(gòu)1上，也可以提供某些益處(在一些應(yīng)用中可能是較佳的)。作為益處的一個(gè)例子，該結(jié)構(gòu)可以有DC信號微調(diào)(不用短脈沖)，簡化了微調(diào)過程。溫度穩(wěn)定性可能不會(huì)一樣好，但對某些應(yīng)用可能足夠了。圖9和10所示的兩個(gè)獨(dú)立微結(jié)構(gòu)1懸掛在半導(dǎo)體襯底中的空穴9上，且具有不同的支撐橋8。這兩種布局之間的差異在于第二種布局(圖10)中的橋8放置得相互間更近，如上所解釋的，這在襯底上有溫度梯度時(shí)是較佳的。
圖11概略地顯示了可微調(diào)R-2R分壓器的一種布局，其中兩對功能(10、11)和加熱(12、13)電阻放置在懸掛于襯底空穴9上方的獨(dú)立懸臂1上。若工作時(shí)電阻R211(2R)上耗散的功率比R110(R)上耗散的功率高兩倍，那么較佳布局為電阻R110(R)提供比電阻R211(R)高兩倍的熱隔離。此時(shí)，兩個(gè)功能電阻的(升高的)溫度應(yīng)該幾乎是相同的，產(chǎn)生了一個(gè)穩(wěn)定的電阻分壓器，即使絕對阻抗可能不同。
要指出的是受限制阻抗區(qū)域中的阻抗在微結(jié)構(gòu)上邊靠邊。相反，它們可以被安排成相互層疊，只要它們之間的電絕緣充分。
正如上面所暗示的，在高于微調(diào)閾值的溫度上的微調(diào)特性可能是T的一個(gè)復(fù)雜和敏感的函數(shù)。這樣，為了精確地控制功能電阻中的微調(diào)，將被微調(diào)的整個(gè)功能電阻單元維持在相同(且可控)的溫度上是重要的。這樣加熱目標(biāo)區(qū)域中的T輪廓線T(x)應(yīng)該是恒定的。但是，由于加熱目標(biāo)元件即使在穩(wěn)定狀態(tài)下也可能處于比其周圍環(huán)境更高的溫度T，所以加熱目標(biāo)區(qū)域的邊界將可能處于比中心溫度T更低的溫度。為了對此作出補(bǔ)償，圖12a、12b、12c顯示了試圖在加熱目標(biāo)區(qū)域的邊緣耗散更多功率的布局例子。通過增加周長周圍的阻抗路徑和/或增加周長上元件的電阻系數(shù)，可以在加熱目標(biāo)區(qū)域的邊緣耗散更多的功率。由于微調(diào)的方向敏感地取決于溫度，所以最好讓功能電阻的主要部分具有平坦的溫度分布，使得電阻元件的大部分以相同的方向微調(diào)。因此，加熱元件的耗率耗散幾何形狀可以包括在功能電阻的邊緣提供更多熱量，藉以抵消邊緣的較快的熱耗散以及熱隔離微平臺(tái)上產(chǎn)生的溫度梯度。
可以將功能和加熱元件放置在可以動(dòng)微平臺(tái)或微結(jié)構(gòu)上，使得工作時(shí)處于與襯底的熱接觸狀態(tài)，藉以獲得較低的過熱溫度并因此在微調(diào)期間熱隔離(適用較低的功率)。圖13顯示了一個(gè)這樣的配置。
微調(diào)電位計(jì)。圖14概要地顯示了兩個(gè)電阻R110和R211的電連接。如上所解釋的，它們的阻抗可以有兩個(gè)電隔離的加熱電阻R1h12和R2h13來熱微調(diào)。圖1-12中所示的電阻的高度熱隔離允許通過耗散電功率低至10-30mW(比如，5V和2-6mA)來進(jìn)行微調(diào)。所建議的微調(diào)電位計(jì)(調(diào)諧電位器)和市售的數(shù)字電位計(jì)之間的本質(zhì)差別如下數(shù)字電位計(jì)允許阻抗的離散變化(通常不多于256階≈0.4％)，而發(fā)明的調(diào)諧電位器提供精確度遠(yuǎn)高于0.4％的連續(xù)調(diào)節(jié)。例如，以標(biāo)準(zhǔn)1.5微米CMOS工藝生產(chǎn)的原型器件中的兩個(gè)多晶硅電阻以高于5ppm(5·10-6)的進(jìn)度被反復(fù)地?zé)嵛⒄{(diào)。生產(chǎn)過程結(jié)束后它們初始的不平衡大約為1％。這些多晶硅電阻的阻抗在它們初始值的約±15％范圍內(nèi)被微調(diào)。
圖15和16概要地顯示了三元件熱傳感器(如溫差風(fēng)速計(jì)、熱加速計(jì))的兩個(gè)可能實(shí)施例，其中有兩個(gè)功能熱可調(diào)溫度敏感元件Rs119和Rs220和所附的加熱器Rs1h21和Rs2h。熱傳感器還包含放置于兩個(gè)溫度敏感元件19和20之間的功能加熱器RHEAT18?？梢杂衫缍嗑Ч柚瞥傻乃械墓δ茉?8、19、20和附屬加熱器21和22被設(shè)置在類似于美國專利第4478077中所述的一個(gè)熱隔離平臺(tái)(圖15)上。對空穴9和槽17的開口形狀的修改(頂視)將一個(gè)平臺(tái)變換成圖16所示的三個(gè)獨(dú)立平臺(tái)，它們具有更好的功能元件相互熱隔離。對于圖15和16中所示的兩種結(jié)構(gòu)，可以采用所揭示的微調(diào)功能電阻Rs119和Rs220的方法。要注意的是第二種結(jié)構(gòu)(圖16)中更好的功能電阻的相互熱隔離并不保證在微調(diào)電阻Rs119和Rs220之一時(shí)不會(huì)對中心加熱器RHEAT18的多余微調(diào)。因此在選擇脈沖熱微調(diào)過程的參數(shù)時(shí)，必須考慮相同的事項(xiàng)(前提)。
總的來說，本發(fā)明可用于生產(chǎn)商在各種電子器件(其中電阻被用作功能元件)中所進(jìn)行的任何已有微調(diào)工藝。例如，這樣微調(diào)的電阻可以被用在模/數(shù)轉(zhuǎn)換器、數(shù)/模轉(zhuǎn)換器、基準(zhǔn)電壓源、運(yùn)算放大器和測量放大器、電阻網(wǎng)絡(luò)和其它器件中。微調(diào)的精度可以非常高，超過激光微調(diào)的精度。此外，本發(fā)明技術(shù)的實(shí)現(xiàn)不需要特殊的設(shè)備(高功率激光器)，且可以用電壓源和控制器等普通的電設(shè)備來簡便的自動(dòng)化?？晌⒄{(diào)電阻可以能將它們集成在基層電路中的標(biāo)準(zhǔn)CMOS(或BiCMOS)工藝來生產(chǎn)。
除了上面的從已有技術(shù)中公知的可能應(yīng)用之外，本發(fā)明的微調(diào)技術(shù)可以被用在新的“面向用戶”應(yīng)用組群中，其特征是僅要求較低的電壓和功率來啟動(dòng)微調(diào)。這使得各用戶級別都能進(jìn)行電子部件的微調(diào)。這可能在復(fù)雜的電子系統(tǒng)的組裝(調(diào)節(jié)、調(diào)整、電壓偏置和放大的校準(zhǔn)、等)期間，也可以在系統(tǒng)的工作期間手動(dòng)和/或自動(dòng)地啟動(dòng)以提供適應(yīng)式的校準(zhǔn)/調(diào)節(jié)。
運(yùn)算放大器和測量放大器中的偏置電壓一般從周邊溫度的變化、改變溫度梯度、老化效應(yīng)和其它原因得到，造成了放大器輸入級的不平衡。要注意的是開啟放大器導(dǎo)致它的自加熱，并不可避免的在數(shù)十秒到數(shù)分鐘的時(shí)間段內(nèi)的偏置電壓漂移。通過外部調(diào)諧電位器平衡放大器有助于減小偏置電壓，但不能消除它在工作時(shí)的漂移。使用所發(fā)明的熱激活調(diào)諧電位器(作為放大器的一個(gè)集成部分或者作為電連接到放大器的獨(dú)立部件)使得可以進(jìn)行自動(dòng)適應(yīng)性偏置電壓校準(zhǔn)。這種平衡的一種可能算法包括(1)放大器的輸入必須暫時(shí)地從輸入電壓源斷開；(2)將零電壓施加到輸入端；(3)測量輸出電壓，(4)激活熱微調(diào)來最小化偏移輸出電壓；(5)將輸入信號再饋至放大器。本發(fā)明的偏移電壓校準(zhǔn)和使用斷續(xù)放大器之間的差別在于本發(fā)明中類似于斷續(xù)的該機(jī)制僅需要在短時(shí)間段內(nèi)被激活，使得放大器可以在余下的時(shí)間以非斷續(xù)方式工作。此時(shí)，通常由斷續(xù)所引入的持續(xù)噪聲將不復(fù)存在。此時(shí)，實(shí)現(xiàn)了接近零偏移工作的有益效果，且沒有斷續(xù)所引起的噪聲干擾。這樣的一種機(jī)制可以和板載溫度傳感器結(jié)合使用，使得可以對微調(diào)事件進(jìn)行智能管理頻繁的微調(diào)僅需在突然的溫度改變情況下啟動(dòng)，如開機(jī)、或任何突然改變環(huán)境的情況(如用戶在冬天室外將移動(dòng)電話從口袋取出)。
本發(fā)明的技術(shù)可以被用在具有可編程增益的放大器中。在目前典型的放大器中，是通過切換一個(gè)陣列中的適當(dāng)?shù)碾娮枰噪x散的方式來校準(zhǔn)。熱微調(diào)電阻使得可以連續(xù)地調(diào)節(jié)增益。
若功能電阻R110和R211(可能有更多電阻)是傳感器中的感應(yīng)元件，且該傳感器輸出的信號必須依賴于它們的阻抗，那么就可以采用所發(fā)明的微調(diào)技術(shù)。例如，熱微調(diào)的電阻可以是如圖15和16中的溫差風(fēng)速計(jì)或熱加速計(jì)或壓力傳感器的一部分。本方法可以被用來微調(diào)類似于美國專利第4472239和第4478076號中所述的那些變化的器件和結(jié)構(gòu)。那些顯微機(jī)械加工的結(jié)構(gòu)包含放置于一個(gè)具有各種槽和開口配置的懸掛熱隔離板上的熱電阻。那些傳感器以及類似傳感器中的電阻和布局可以被修改成由適于這里的微調(diào)發(fā)明的材料制成(例如有多晶硅或其它允許熱微調(diào)的材料制成)。此時(shí)，本發(fā)明的方法(動(dòng)態(tài)方形脈沖或整形脈沖)將使得可以有選擇地微調(diào)某個(gè)(些)熱電阻，而不影響其它電阻。
可以提供各種性能級別和結(jié)果(1)通過直接施加電信號到電阻本身進(jìn)行特定電阻的脈沖微調(diào)?？赡軙?huì)需要提防對特定電阻的加熱不會(huì)使靠近的相鄰電阻不平衡(例如，由于相鄰電阻可能是提供熱量用于熱傳感器(例如，溫差風(fēng)速計(jì))的工作，其性能依賴于其熱耗散的對稱性)。(2)可以增加槽的寬度和/或熱電阻的間隔，以獲得熱電阻間更好的相互熱隔離，使得可用更長的脈沖來進(jìn)行微調(diào)。這可以減小到非常大的間隔或槽，(等效于將電阻放置在獨(dú)立的微平臺(tái)上)，或者可以采取實(shí)際上將熱電阻放置在獨(dú)立的微平臺(tái)上的形式并獨(dú)立地微調(diào)它們。(3)可以如上在本發(fā)明中所述地引入獨(dú)立的加熱元件來加熱目標(biāo)熱電阻，使得可以在多種條件下進(jìn)行微調(diào)。點(diǎn)隔離的加熱電阻，如R1h12和R2h13(或更多)，可以被用于如上所述的進(jìn)行微調(diào)?？偟膩碚f，根據(jù)相互的熱隔離，可以改變脈沖長度和形狀。同樣，總的來說，電阻的較佳布局應(yīng)該提供總體較高水平的熱隔離來減小微調(diào)和選擇性微調(diào)所需的電功率。
在傳感器應(yīng)用中使用本發(fā)明的技術(shù)使得可以在工作時(shí)適應(yīng)性的調(diào)節(jié)/平衡傳感器，這可以自動(dòng)地完成。例如，當(dāng)氣體/液體流在短時(shí)間內(nèi)受到干擾時(shí)，質(zhì)量流控制器中的溫差風(fēng)速計(jì)型流傳感器的周期平衡(偏置校準(zhǔn))可以在工作時(shí)完成。若零輸入信號可以在某短時(shí)間內(nèi)施加到傳感器，相同的方法可以在其它基于傳感器的系統(tǒng)中實(shí)施。
包含熱微調(diào)電阻器的傳感器和傳感模塊(包含傳感器和附屬的電子器件)可以有傳感器制造商或系統(tǒng)制造商用本發(fā)明的技術(shù)來調(diào)節(jié)。此時(shí)，可以不需要手工調(diào)整的電位計(jì)和可能不可靠的機(jī)械電位計(jì)。
已有技術(shù)(美國專利第609276號)中已知由兩個(gè)具有負(fù)的和正的TCR的部分構(gòu)成的具有大致零TCR的緊密電阻。此類電阻的制造包括對兩個(gè)阻抗部分的多個(gè)階段的激光微調(diào)，以及接下來在不同溫度對阻抗的測量。本發(fā)明的熱微調(diào)技術(shù)可以被用來替換激光微調(diào)，改善兩個(gè)阻抗部分的匹配精度以及簡化制造工藝。根據(jù)總的概念，如上所述，一個(gè)緊密電阻包括放置在熱隔離的支撐機(jī)械微結(jié)構(gòu)上的兩個(gè)功能電阻R110和R211以及兩個(gè)加熱電阻R1h12和R2h13。功能電阻之一，如R110，具有正的TCR，而另一個(gè)，R211，具有負(fù)的TCR。這些電阻的材料類型并不是特定的，但作為一個(gè)例子，多晶硅可以被用于此目的。已知多晶硅的TCR依賴于摻雜，并在高摻雜度下可以是正的(約+10-3/°K)，在低摻雜度下可以是負(fù)的(從-10-4/°K到數(shù)-10-3/°K)。因此，可以如此地完成兩個(gè)電阻的熱微調(diào)，以提供總阻抗的目標(biāo)值和總的零TCR。應(yīng)該指出的是在微調(diào)之前或之后的制造工藝期間測量電阻TCR所要求的電阻周期加熱并不要求外部加熱源(熱板或烤爐)，它可以通過加熱電阻R1h12和R2h13來完成。顯然，此時(shí)升高的溫度要遠(yuǎn)低于熱微調(diào)時(shí)的升高溫度。使用加熱電阻R1h12和R2h13另外的便利之處在于加熱和冷卻可以迅速的進(jìn)行，通常為20-50毫秒(由微結(jié)構(gòu)的熱慣性所決定)。要指出的是，可以從另外的熱源來提供相同的加熱和微調(diào)，如激光器或功能電阻本身的自加熱。同樣在這些情況中，加熱和冷卻時(shí)間由微平臺(tái)的熱慣性決定，如上所述。因此，整個(gè)制造過程更快。對于很多應(yīng)用，需要精確地知曉TCR的溫度特性，包括隨溫度變化的高階變化項(xiàng)。這要求以多個(gè)升高溫度來進(jìn)行測量。作為另一個(gè)例子，可以將功能電阻自加熱到已知相對較高的溫度(仍然實(shí)質(zhì)上低于微調(diào)溫度)，然后隨著它以已知的冷卻速率冷卻至室溫，對它的阻抗進(jìn)行若干已知次數(shù)的測量。本發(fā)明的技術(shù)使得還可以減少不合格電阻的數(shù)量并改善技術(shù)產(chǎn)量，因?yàn)闊嵛⒄{(diào)是可逆的。CMOS兼容材料(如具有不同摻雜等級的多晶硅)的使用使得可以將這樣的緊密電阻集成到集成電路中。
更一般地，如果測量過程要求在一個(gè)或更多個(gè)升高溫度下進(jìn)行測量(當(dāng)然仍然低于微調(diào)或恢復(fù)的閾值)，將功能元件放置在具有較小熱質(zhì)量的熱隔離微平臺(tái)上使得可以加速其物理參數(shù)的測量過程。要指出的是，這些測量可用在多種校準(zhǔn)或微調(diào)過程中。
應(yīng)該理解本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將會(huì)想到對本發(fā)明的各種修改。因此，以上的描述和所附之視圖應(yīng)該被作為本發(fā)明的展示，而不起限制作用。還應(yīng)理解應(yīng)該涵蓋對本發(fā)明的任何變化、使用或改變，只要其總體上遵循本發(fā)明原理，且包括與本發(fā)明解釋的不同之處，只要這些不同之處屬于本發(fā)明所屬技術(shù)范圍內(nèi)已知的或是慣常的實(shí)踐，并在提出前就可以被應(yīng)用到這里的必要特征上的，并處于所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于微調(diào)功能電阻的方法，該方法包括在襯底上設(shè)置熱隔離的微平臺(tái)；在所述熱隔離的微平臺(tái)上放置多個(gè)可熱微調(diào)功能電阻；對所述熱隔離的微平臺(tái)的一部分施加熱脈沖，使得微調(diào)所述多個(gè)功能電阻中的一個(gè)的阻抗值，而同時(shí)剩余所述多個(gè)功能電阻的阻抗值保持基本上不被微調(diào)。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括在所述熱隔離的微平臺(tái)上，在所述多個(gè)功能電阻中的至少一個(gè)附近放置一個(gè)加熱電阻，其中對所述熱隔離的微平臺(tái)的一部分施加熱脈沖還包括經(jīng)由所述加熱電阻傳遞信號來顯著地提高其溫度，藉以微調(diào)所述多個(gè)功能電阻中的所述至少一個(gè)，而基本上不影響熱隔離的微平臺(tái)上的剩余多個(gè)功能電阻。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，在所述熱隔離的微平臺(tái)上放置加熱電阻進(jìn)一步包括放置所述加熱電阻使得它與多個(gè)功能電阻中的所述至少一個(gè)相互電隔離。
4.如權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述施加熱脈沖包括提供多個(gè)電脈沖以及在所述多個(gè)電脈沖的每一個(gè)中測量所述多個(gè)功能電阻的一個(gè)的所述阻抗值，以確定是否已經(jīng)獲得了目標(biāo)阻抗值。
5.如權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述加熱包括提供動(dòng)態(tài)整形的電脈沖以在微調(diào)脈沖期間實(shí)現(xiàn)作為時(shí)間的函數(shù)的基本上恒定的溫度。
6.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述在熱隔離的微平臺(tái)上放置加熱電阻進(jìn)一步包括放置所述加熱電阻使得它跟隨所述多個(gè)功能電阻中的所述至少一個(gè)。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述加熱電阻沿著所述功能電阻的外側(cè)部分放置，以獲得所述功能電阻上基本恒定的溫度分布。
8.如權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括提高所述熱隔離的微平臺(tái)的溫度來向下微調(diào)所述熱隔離的微平臺(tái)上所有可微調(diào)功能電阻的值，測量所述可微調(diào)功能電阻以及單獨(dú)地向上微調(diào)每一個(gè)所述可微調(diào)功能電阻。
9.一種提供和微調(diào)電路的方法，該方法包括在襯底上設(shè)置至少一個(gè)熱隔離的微平臺(tái)；在所述至少一個(gè)熱隔離的微平臺(tái)上放置具有非零溫度引入漂移的至少兩個(gè)阻抗元件，使得所述至少一個(gè)熱隔離的微平臺(tái)上的所述至少兩個(gè)阻抗元件處于基本上相同的工作環(huán)境，所述至少一個(gè)熱隔離的微平臺(tái)上的所述至少兩個(gè)阻抗元件中的至少一個(gè)是可熱微調(diào)的；微調(diào)所述至少一個(gè)微平臺(tái)上的所述至少一個(gè)阻抗元件，以通過熱循環(huán)微調(diào)所述電路；以補(bǔ)償所述至少一個(gè)微平臺(tái)上的所述工作環(huán)境的方式，將所述至少兩個(gè)阻抗元件在所述電路中連接在一起；其中所述至少一個(gè)微平臺(tái)上工作時(shí)所產(chǎn)生的熱量分布在所述至少兩個(gè)阻抗元件之間，使得溫度漂移基本上被補(bǔ)償。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述將所述至少兩個(gè)阻抗元件連接在一起進(jìn)一步包括串聯(lián)所述兩個(gè)阻抗元件，其中以預(yù)定比例分配施加的電壓。
11.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述在至少一個(gè)熱隔離的微平臺(tái)上放置所述電路的至少兩個(gè)阻抗元件進(jìn)一步包括所述至少兩個(gè)阻抗元件為在所述至少一個(gè)熱隔離的微平臺(tái)上緊靠放置的溫度敏感元件，它們的信號被組合用來測量工作時(shí)引入的溫度差。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，所述信號被組合用來測量氣體運(yùn)動(dòng)所引入的溫度差。
13.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括在所述至少一個(gè)熱隔離的微平臺(tái)上，在所述至少一個(gè)阻抗元件附近放置一個(gè)加熱電阻，其中所述微調(diào)所述至少一個(gè)阻抗元件還包括經(jīng)由所述加熱電阻傳遞信號來顯著地提高其溫度，藉以微調(diào)所述所述至少一個(gè)阻抗元件。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，所述加熱電阻和所述至少一個(gè)阻抗元件位于不同的熱隔離微平臺(tái)上。
15.如權(quán)利要求9至14中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述微調(diào)還包括提供多個(gè)電脈沖以及在所述多個(gè)電脈沖的每一個(gè)中測量所述至少兩個(gè)阻抗元件中的一個(gè)的所述阻抗值。
16.如權(quán)利要求9至15中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述加熱包括提供動(dòng)態(tài)整形的電脈沖以在微調(diào)脈沖期間實(shí)現(xiàn)作為時(shí)間的函數(shù)的基本上恒定的溫度。
17.一種用于微調(diào)功能電阻的方法，該方法包括在襯底上設(shè)置熱隔離的微平臺(tái)；在所述熱隔離的微平臺(tái)上放置功能電阻；對所述功能電阻施加具有功率耗散幾何結(jié)構(gòu)的熱源，該幾何結(jié)構(gòu)被調(diào)整成使得在所述功能電阻的溫度被提高以進(jìn)行微調(diào)時(shí)獲取所述功能電阻上基本恒定的溫度分布；用至少一個(gè)熱脈沖微調(diào)所述功能電阻。
18.如權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，所述微調(diào)包括經(jīng)由所述功能電阻傳遞一個(gè)信號，所述功能電阻提供所述熱源。
19.如權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，所述對功能電阻施加熱源包括在所述熱隔離的微平臺(tái)上，在所述功能電阻附近放置一個(gè)加熱電阻，其中所述微調(diào)包括經(jīng)由所述加熱電阻傳遞一個(gè)信號來微調(diào)所述功能電阻。
20.如權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于，所述對功能電阻施加熱源還包括設(shè)計(jì)一條加熱器路徑圍繞所述功能電阻。
21.如權(quán)利要求17至20中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述對功能電阻施加熱源包括在所述功能電阻的大部分所處的區(qū)域邊緣周圍提供更多熱量，藉以抵消所述邊緣處較快的熱耗散以及由此所造成的熱隔離微平臺(tái)上的溫度梯度。
22.如權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于，所述對功能電阻施加熱源還包括設(shè)計(jì)一條加熱器路徑來用所述加熱電阻基本上包圍所述功能電阻。
23.如權(quán)利要求17至22中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述對功能電阻施加熱源包括提高有較大熱損耗位置附近的電阻線密度以補(bǔ)償熱損耗。
24.如權(quán)利要求17至22中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述微調(diào)包括提供多個(gè)電脈沖以及在所述多個(gè)電脈沖的每一個(gè)中測量所述多個(gè)功能電阻中的一個(gè)的所述阻抗值，以確定是否已經(jīng)獲得了目標(biāo)阻抗值。
25.如權(quán)利要求17至22中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述微調(diào)包括提供動(dòng)態(tài)整形的電脈沖以在微調(diào)脈沖期間實(shí)現(xiàn)作為時(shí)間的函數(shù)的基本上恒定的溫度。
26.一種用于微調(diào)功能電阻的電路，該電路包括在襯底上設(shè)置的熱隔離的微平臺(tái)；在所述熱隔離的微平臺(tái)上放置的多個(gè)間隔開的功能電阻；以及微調(diào)電路，用于對所述熱隔離的微平臺(tái)的一部分施加熱脈沖，使得微調(diào)所述多個(gè)功能電阻中的一個(gè)的阻抗值，而同時(shí)剩余所述多個(gè)功能電阻的阻抗值保持基本上不被微調(diào)。
27.如權(quán)利要求26所述的電路，其特征在于，所述微調(diào)電路包括用于經(jīng)由所述多個(gè)功能電阻中的所述一個(gè)傳遞信號的電路。
28.如權(quán)利要求26所述的電路，其特征在于，所述微調(diào)電路包括所述微平臺(tái)上的至少一個(gè)加熱電阻用于接收信號并微調(diào)所述多個(gè)功能電阻中的所述一個(gè)。
29.如權(quán)利要求28所述的電路，其特征在于，所述至少一個(gè)加熱電中的每一個(gè)跟隨所述多個(gè)功能電阻中的至少一個(gè)。
30.如權(quán)利要求29所述的電路，其特征在于，第一個(gè)功能電阻/加熱電阻對與第二個(gè)功能電阻/加熱電阻對一起分組和嵌入，使得所述第一對和所述第二對的一部分的位置在所述熱隔離的微平臺(tái)上交替輪換。
31.如權(quán)利要求30所述的電路，其特征在于，所述第一對和所述第二對的所述一部分被所述熱隔離的微平臺(tái)中的槽分隔開，因此減小了所述第一對和所述第二對之間的熱傳遞并增大了它們之間的熱隔離
32.如權(quán)利要求31所述的電路，其特征在于，所述槽是連續(xù)的。
33.如權(quán)利要求26所述的電路，其特征在于，所述微調(diào)電路包括用于發(fā)送多個(gè)電脈沖以及在所述多個(gè)電脈沖的每一個(gè)中測量所述多個(gè)功能電阻中的一個(gè)的所述阻抗值，以確定是否已經(jīng)獲得了目標(biāo)阻抗值的電路。
34.如權(quán)利要求26所述的電路，其特征在于，所述微調(diào)電路包括用于發(fā)送動(dòng)態(tài)整形的電脈沖以在微調(diào)脈沖期間實(shí)現(xiàn)作為時(shí)間的函數(shù)的基本上恒定的溫度。
35.一種用于微調(diào)電路元件的電路，該電路包括在襯底上設(shè)置的至少一個(gè)熱隔離的微平臺(tái)；在所述至少一個(gè)熱隔離的微平臺(tái)上放置的具有非零溫度引入漂移的至少兩個(gè)阻抗元件，使得所述至少一個(gè)熱隔離的微平臺(tái)上的所述至少兩個(gè)阻抗元件處于基本上相同的工作環(huán)境，所述至少一個(gè)熱隔離的微平臺(tái)上的所述至少兩個(gè)阻抗元件中的至少一個(gè)是可熱微調(diào)的；以及微調(diào)電路，用于熱微調(diào)所述至少兩個(gè)阻抗元件中的至少一個(gè)，其中以補(bǔ)償所述至少一個(gè)微平臺(tái)上的所述工作環(huán)境的方式，將所述至少兩個(gè)阻抗元件在所述電路中連接在一起，且所述至少一個(gè)微平臺(tái)上工作時(shí)所產(chǎn)生的熱量分布在所述至少兩個(gè)阻抗元件之間，使得溫度漂移效應(yīng)被補(bǔ)償。
36.如權(quán)利要求34所述的電路，其特征在于，串聯(lián)所述兩個(gè)阻抗元件，以預(yù)定比例分配施加的電壓。
37.如權(quán)利要求34所述的電路，其特征在于，所述至少兩個(gè)阻抗元件為在所述至少一個(gè)熱隔離的微平臺(tái)上緊靠放置的溫度敏感元件，它們的信號被組合用來測量工作時(shí)引入的溫度差。
38.如權(quán)利要求34所述的電路，其特征在于，進(jìn)一步包括在所述至少一個(gè)熱隔離的微平臺(tái)上，在所述至少一個(gè)阻抗元件附近放置的一個(gè)加熱電阻，其中所述微調(diào)電路進(jìn)一步包括用于經(jīng)由所述加熱電阻傳遞信號來顯著地提高其溫度，藉以微調(diào)所述所述至少一個(gè)阻抗元件的電路。
39.如權(quán)利要求37所述的電路，其特征在于，所述加熱電阻和所述至少一個(gè)阻抗元件位于不同的熱隔離微平臺(tái)上。
40.如權(quán)利要求34所述的電路，其特征在于，用于加熱的所述微調(diào)電路還包括發(fā)送多個(gè)電脈沖以及在所述多個(gè)電脈沖的每一個(gè)中測量所述至少兩個(gè)阻抗元件中的一個(gè)的所述阻抗值，以確定是否已經(jīng)獲得了目標(biāo)阻抗值的電路。
41.如權(quán)利要求34所述的電路，其特征在于，用于加熱的所述微調(diào)電路包括用于發(fā)送動(dòng)態(tài)整形的電脈沖以在微調(diào)脈沖期間實(shí)現(xiàn)作為時(shí)間的函數(shù)的基本上恒定的溫度。
42.一種用于微調(diào)功能電阻的電路，該電路包括在襯底上設(shè)置的熱隔離的微平臺(tái)；在所述熱隔離的微平臺(tái)上的功能電阻，對所述功能電阻施加具有功率耗散幾何結(jié)構(gòu)的熱源，該幾何結(jié)構(gòu)被調(diào)整成使得在所述功能電阻的溫度被提高以進(jìn)行微調(diào)時(shí)獲取所述功能電阻上基本恒定的溫度分布；微調(diào)電路，用于微調(diào)所述功能電阻。
43.如權(quán)利要求42所述的電路，其特征在于，所述熱源包括在所述熱隔離的微平臺(tái)上，在所述功能電阻附近的一個(gè)加熱電阻，其中所述微調(diào)電路包括用于經(jīng)由所述加熱電阻傳遞一個(gè)信號來微調(diào)所述功能電阻的電路。
44.如權(quán)利要求42所述的電路，其特征在于，所述功率耗散幾何結(jié)構(gòu)包括一條圍繞所述功能電阻的加熱器路徑。
45.如權(quán)利要求42所述的電路，其特征在于，所述功率耗散幾何結(jié)構(gòu)進(jìn)一步包括一條加熱器路徑，該加熱器路徑對功能電阻邊緣提供更多熱量，以及由此所造成的所述至少一個(gè)熱隔離微平臺(tái)上的溫度梯度。
46.如權(quán)利要求42所述的方法，其特征在于，所述功率耗散幾何結(jié)構(gòu)包括一條加熱器路徑來用所述加熱電阻基本上包圍所述功能電阻。
47.如權(quán)利要求42至46中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述功率耗散幾何結(jié)構(gòu)還包括在有較大熱損耗位置附近的電阻線密度較大，以補(bǔ)償熱損耗。
48.如權(quán)利要求42所述的電路，其特征在于，用于加熱的所述微調(diào)電路包括發(fā)送多個(gè)電脈沖以及在所述多個(gè)電脈沖的每一個(gè)中測量所述多個(gè)功能電阻中的一個(gè)的所述阻抗值，以確定是否已經(jīng)獲得了目標(biāo)阻抗值的電路。
49.如權(quán)利要求42所述的電路，其特征在于，用于加熱的所述微調(diào)電路包括用于發(fā)送動(dòng)態(tài)整形的電脈沖以在微調(diào)脈沖期間實(shí)現(xiàn)作為時(shí)間的函數(shù)的基本上恒定的溫度。
50.一種用于計(jì)算功能電阻的阻抗溫度系數(shù)的方法，所述方法包括在襯底上設(shè)置至少一個(gè)熱隔離的微平臺(tái)；在所述至少一個(gè)熱隔離的微平臺(tái)上放置功能電阻；加熱所述功能電阻；在多個(gè)溫度上測量所述功能電阻的阻抗值；以及根據(jù)所述測得的阻抗值計(jì)算所述阻抗溫度系數(shù)。
51.如權(quán)利要求50所述的方法，其特征在于，還包括在所述至少一個(gè)熱隔離的微平臺(tái)上放置加熱電阻，以及其中加熱步驟包括通過經(jīng)由所述加熱電阻傳遞信號來加熱所述功能電阻。
52.如權(quán)利要求50或51所述的方法，其特征在于，還包括在多個(gè)升高的溫度下測量阻抗值，以確定所述阻抗溫度系數(shù)如何作為溫度的函數(shù)進(jìn)行變化。
53.如權(quán)利要求50至52中的任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述微平臺(tái)包括多個(gè)所述功能電阻，所述功能電阻的加熱包括加熱所述微平臺(tái)來同時(shí)加熱所有所述功能電阻，對所有的所述功能電阻所述測量和所述計(jì)算基本上同時(shí)進(jìn)行。
54.一種用于計(jì)算功能電阻的阻抗溫度系數(shù)的電路，所述電路包括在襯底上設(shè)置的至少一個(gè)熱隔離的微平臺(tái)；在所述至少一個(gè)熱隔離的微平臺(tái)上放置的功能電阻；加熱電路，用于加熱所述功能電阻；測量電路，用于在多個(gè)溫度上測量所述功能電阻的阻抗值；以及計(jì)算電路，用于根據(jù)在所述多個(gè)溫度上的所述阻抗值計(jì)算所述阻抗溫度系數(shù)。
全文摘要
提供了一種用于微調(diào)熱隔離的微平臺(tái)上的功能電阻的方法和電路，使得同一微平臺(tái)上的第二功能電阻保持基本上不被微調(diào)；一種提供和微調(diào)電路的方法和電路，使得電路的至少兩個(gè)電路元件處于相同的工作環(huán)境，且通過將電路工作時(shí)所產(chǎn)生的熱量分布在兩個(gè)電路元件之間來補(bǔ)償所述工作環(huán)境；一種用于微調(diào)熱隔離的微平臺(tái)上的功能電阻的方法和電路，使得在功能電阻上獲得恒定的溫度分布；以及一種用于計(jì)算功能電阻的阻抗溫度系數(shù)的方法和電路。
文檔編號H01C17/232GK1620704SQ02817750
公開日2005年5月25日 申請日期2002年9月10日 優(yōu)先權(quán)日2001年9月10日
發(fā)明者M·蘭恩德斯伯格 萊斯萊, 奧萊格·格魯?shù)隙? 蓋納迪·弗羅洛夫 申請人:邁克羅布里吉技術(shù)有限公司