4H-Sic schottky and p-i-n diode as high performance temperature sensors

In this work, different types of temperature sensors based on 4H-Silicon Carbide (SiC) diodes are presented. All of the devices were fabricated and experimentally characterized. Results have been studied and compared through analytical and numerical models. In particular, three different diode structures are analyzed: a Titanium/Aluminum (Ti/Al) 4H-SiC Schottky diode, a Ti/Al 4H-SiC p-i-n diode and a vanadium pentoxide (V2O5) Schottky diode. The linear dependence on temperature of the voltage drop, across the 4H-SiC diodes, is investigated experimentally. Moreover, the same diodes are used for the realization of proportional to absolute temperature (PTAT) sensors. The devices show a good linear dependence on temperature of the difference between the forward bias voltages measured on two identical diodes (Schottky or p-i-n) yet biased at different constant currents. All the realized and characterized sensors show a high degree of linearity and good sensitivity. Moreover, different cycles of measurements were iterated on different 4H-SiC diodes showing a long-term stability and good output repeatability.

In questo lavoro vengono presentati diversi tipi di sensori di temperatura basati su diodi in carburo di silicio (SiC) 4H. Tutti i dispositivi sono stati fabbricati e caratterizzati sperimentalmente. I risultati ottenuti sono stati studiati e confrontati attraverso modelli analitici e numerici. In particolare, sono state analizzate tre diverse strutture di diodi: un diodo Schottky in 4H-SiC con contatto in Titanio/Alluminio (Ti/Al), un diodo p-i-n in 4H-SiC con contatto in Ti/Al ed infine un diodo Schottky con contatto in pentossido di vanadio (V2O5). Inoltre, è stata osservata sperimentalmente la dipendenza lineare della caduta di tensione, attraverso i diodi in 4H-SiC, dalla temperatura. Gli stessi diodi sono stati utilizzati per la realizzazione di sensori proporzionali alla temperatura assoluta (PTAT). I dispositivi hanno mostrato una buona dipendenza lineare dalla temperatura della differenza di tensioni su due diodi Schottky (o p-i-n) identici, entrambi polarizzati a differenti correnti costanti. Tutti i sensori realizzati e caratterizzati hanno mostrato un elevato grado di linearità ed una buona sensibilità. Inoltre, sono stati iterati diversi cicli di misurazioni su diversi diodi in 4H-SiC, mostrando una buona stabilità a lungo termine ed una ottima ripetibilità dell’uscita.