專利名稱：高溫電子裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及聯(lián)邦政府贊助的研究或開發(fā)。
背景技術(shù)：
現(xiàn)代石油鉆井和開采作業(yè)需要關(guān)于井下參數(shù)和條件的大量信息。這種參數(shù)通常包括由鉆孔穿過的泥土信息的特性，連同和鉆孔本身的尺寸和結(jié)構(gòu)有關(guān)的數(shù)據(jù)?？梢酝ㄟ^幾種方法實(shí)現(xiàn)關(guān)于鉆孔條件的信息的收集，這種信息的收集通常被稱為“測(cè)井(logging)”。
在通常的電纜(wireline)測(cè)井中，在已經(jīng)鉆了井的一部分或者全部之后，將包含構(gòu)造(formation)傳感器的探測(cè)器(probe)(或者“探測(cè)儀(sonde)”)放入到鉆孔下面。使用構(gòu)造傳感器確定由鉆孔穿過的構(gòu)造的某些特性。探測(cè)儀的上端連接到在鉆孔中懸掛探測(cè)儀的導(dǎo)電電纜。電能通過導(dǎo)電電纜傳輸?shù)教綔y(cè)儀中的儀器。相反，探測(cè)儀中的儀器使用通過電纜傳輸?shù)碾娦盘?hào)向地面?zhèn)鬏斝畔ⅰ?br> 測(cè)井的可選方法是在鉆井過程中收集數(shù)據(jù)。在鉆井過程中收集和處理數(shù)據(jù)消除了摘下鉆井組件以插入電纜測(cè)井工具的必要性。因此，允許鉆孔者根據(jù)需要進(jìn)行精確的修正或者校正，以優(yōu)化性能，同時(shí)將時(shí)間降低為最短?！皽y(cè)量-同時(shí)-鉆井”(MWD)是用于測(cè)量關(guān)于鉆井組件的移動(dòng)和位置的井下條件而同時(shí)繼續(xù)鉆井的術(shù)語?！皽y(cè)井-同時(shí)-鉆井”(LWD)是用于類似技術(shù)的術(shù)語，其更集中對(duì)構(gòu)造參數(shù)的測(cè)量。當(dāng)在MWD和LWD之間可能存在區(qū)別時(shí)，通常互換地使用術(shù)語MWD和LWD。為了該公開的目的，術(shù)語LWD將被使用，并被理解成該術(shù)語包含構(gòu)造參數(shù)的收集和關(guān)于鉆井組件的移動(dòng)和位置信息的收集兩者。
在LWD系統(tǒng)中，傳感器通常位于鉆柱(dirll string)的下端。更特別地是，井下傳感器通常放置在鉆頭(dirll bit)附近的圓柱鉆鋌(dirll collar)中。當(dāng)鉆井正在進(jìn)行時(shí)，這些傳感器連續(xù)或者間斷地監(jiān)控預(yù)定的參數(shù)和構(gòu)造數(shù)據(jù)，并通過某些形式的遙感技術(shù)將信息傳輸?shù)降孛鏅z測(cè)器。可選地，可以在存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的同時(shí)把傳感器向下鉆進(jìn)，并且后來當(dāng)重新收回鉆柱時(shí)，在地面恢復(fù)這些數(shù)據(jù)。
一旦已經(jīng)完成對(duì)井的鉆孔之后，可以使用井產(chǎn)生碳?xì)浠衔?hydrocarbon)。井孔可以用殼體襯里，以避免倒塌?？梢詫?duì)殼體在某些區(qū)域打孔，以允許碳?xì)浠衔飶臉?gòu)造進(jìn)入井孔。通過碳?xì)浠衔镞M(jìn)入井孔的殼體可以降低生產(chǎn)油管的管柱。尤其是，在多個(gè)水平面(level)或者位置(在豎直井的情況中)打孔殼體之處，儀器可以連接到生產(chǎn)油管，以確定進(jìn)入井孔的碳?xì)浠衔锏奈恢?、類型和量?？梢园褍x器額外配置成執(zhí)行控制操作，以在所選擇的井孔區(qū)域中限制或者增強(qiáng)流動(dòng)。
另外、或者可選地，可以使用已完成的井進(jìn)行地震的數(shù)據(jù)收集和長(zhǎng)期的油藏(reservoir)監(jiān)測(cè)。通常，沿著井的長(zhǎng)度設(shè)置傳感器陣列，并固定在適當(dāng)?shù)奈恢谩＿b感勘測(cè)系統(tǒng)收集進(jìn)入到中心(地面)設(shè)備的傳感器數(shù)據(jù)，在該中心設(shè)備處可以處理數(shù)據(jù)，以提取所需的信息。
隨著鉆井技術(shù)的改進(jìn)，鉆出了更深的井。在更深的井中壓力和溫度顯著變高。在接近200攝氏度的溫度時(shí)，現(xiàn)有電子技術(shù)的性能降低或者失效。人們所期望的是產(chǎn)生適合在溫度接近200℃或者更理想的是超過200℃時(shí)使用的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
在一些實(shí)施例中，在高溫可以操作的電子裝置可以包括裝配在碳化硅襯底上的集成電路。每個(gè)電子裝置還可以包括厚的鈍化層。在可選實(shí)施例中，在高溫可以操作的電子裝置可以包括裝配在藍(lán)寶石襯底上的集成電路和厚的鈍化層。集成電路可以包括振蕩器、邏輯門、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、數(shù)模轉(zhuǎn)換器、采樣和保持電路、充電耦合延遲線和運(yùn)算放大器?？梢园央娮友b置配置成用于在高溫環(huán)境中讀出、存儲(chǔ)和處理數(shù)據(jù)的單元中，用于延長(zhǎng)期限的時(shí)間?？梢园央娮友b置配置成用于碳?xì)浠衔镢@井和開采作業(yè)。


在結(jié)合下述附圖考慮下面的具體描述時(shí)，可以獲得對(duì)所公開實(shí)施例的更好理解，其中圖1A和1B示出了示意性的物理SOS結(jié)構(gòu)；圖1C示出了具有厚鈍化層的示意性SOS結(jié)構(gòu)；圖2A示出了示意性的物理SiC結(jié)構(gòu)；
圖2B示出了具有厚鈍化層的示意性SiC結(jié)構(gòu)；圖3A和3B示出了CMOS反相器的電示意圖；圖4示出了示意性的反相器環(huán)形振蕩器(inverter ring oscillator)；圖5示出了示意性的高精度溫度補(bǔ)償?shù)膮⒖茧妷?；圖6示出了示意性的采樣和保持電路；圖7A和7B示出了示意性的充電耦合延遲線；圖8A和8B示出了示意性的MEMS裝置；圖9示出了分區(qū)裝置；圖10示出了適用于高溫的示意性電路板；圖11A和11B示出了具有聚焦的間斷制冷的電子組件(package)的示意性實(shí)施例；圖12示出了適合在高溫環(huán)境中使用的電子組件的分區(qū)；圖13示出了示意性的模擬存儲(chǔ)器；圖14示出了示意性的標(biāo)記裝置；圖15示出了生產(chǎn)井的剖面圖；圖16示出了鉆頭的剖面圖；圖17示出了典型的測(cè)井-同時(shí)-鉆井(LWD)結(jié)構(gòu)；圖18示出了典型的電纜測(cè)井結(jié)構(gòu)；圖19示出了在開采作業(yè)過程中示意性的井；圖20示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的制造方法；圖21示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的另一種制造方法；圖22示出了示意性的晶片輪廓；圖23示出了示意性分區(qū)方法。
盡管本發(fā)明容易是多種變形和可選形式，但是借助于附圖中的例子示出特定實(shí)施例，并將在這里具體描述。然而，應(yīng)當(dāng)理解的是，附圖和對(duì)其的具體描述不意味著將本發(fā)明限制于所公開的特殊形式，相反，本發(fā)明將覆蓋落在由所附的權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)的所有的變形、等價(jià)物和替換物。
具體實(shí)施例方式
符號(hào)和命名在貫穿下述的說明書和權(quán)利要求中使用某些術(shù)語，以指代特殊的系統(tǒng)元件和結(jié)構(gòu)。如本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解的那樣，商號(hào)(companies)可能指的是不同名稱的元件。該文獻(xiàn)不希望在名稱不同而功能相同的元件之間進(jìn)行區(qū)別。在下述的討論和在權(quán)利要求中，在以不限制的(open-ended)方式使用術(shù)語“包括”和“包含”，并由此應(yīng)當(dāng)被解釋為“包括，但是不局限于…”。而且，術(shù)語“耦合”意味著間接或者直接的電連接。因此，如果第一裝置耦合到第二裝置，那么可能是通過直接的電連接、或者通過經(jīng)由其它裝置和連接的間接的電連接進(jìn)行連接。在該說明書的上下文中，術(shù)語上游和下游通常分別指的是從地下設(shè)備向地面設(shè)備、和從地面設(shè)備向地下設(shè)備的信息傳輸。另外，術(shù)語地面和地下是相對(duì)的術(shù)語。描述為在地面上的特定硬件的情形不是必然意味著它必須物理地高于地面，而是，只是描述設(shè)備的地面和地下的相對(duì)布置。
具體描述本發(fā)明的實(shí)施例提供了能夠在高溫環(huán)境中運(yùn)行的基本電子電路。在至少一些實(shí)施例中，這些電子電路可以形成為制造在碳化硅(SiC)襯底上的集成電路?？蛇x地，這些電子電路可以形成為制造在藍(lán)寶石襯底(這里稱作藍(lán)寶石上硅或者SOS技術(shù))上的集成電路。這些電子電路可以包括振蕩器、邏輯門、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、數(shù)模轉(zhuǎn)換器、采樣和保持電路、充電耦合延遲線和運(yùn)算放大器。而且，可以應(yīng)用多種技術(shù)以減少高溫可能對(duì)電子電路的負(fù)面影響(例如，電遷移、泄漏電流、材料老化)。例如，上面所述的集成電路實(shí)施例可以應(yīng)用厚的鈍化層、圍繞敏感電路的保護(hù)環(huán)、減少金屬腐蝕的密封環(huán)，和降低電流密度的金屬互聯(lián)。這些電子電路還可以用作構(gòu)建塊(buliding block)，用于例如能夠在高溫中用于延長(zhǎng)期限的時(shí)間(例如大于一個(gè)星期)的存儲(chǔ)器和處理器的電子裝置。
在至少一些實(shí)施例中，可以把電子電路和電子裝置配置用于在例如鉆孔工具的工具中使用，由此允許該工具在高溫環(huán)境中工作。例如，這些電子電路可以行使這些功能，即，感知和工具或者環(huán)境有關(guān)的參數(shù)(例如，溫度、振動(dòng)、加速)，并提供在高溫環(huán)境中處理、存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)傳輸能力。
現(xiàn)在回到附圖，圖1A示出了使用SOS技術(shù)構(gòu)造的補(bǔ)充金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)反相器的示意性橫截面圖。反相器包括兩個(gè)晶體管，每個(gè)構(gòu)造成藍(lán)寶石襯底102上的絕緣島(isolated island)。第一晶體管包括在兩個(gè)n+摻雜區(qū)104、108之間的p摻雜區(qū)106。第二個(gè)晶體管包括在兩個(gè)p+摻雜區(qū)110、114之間的n摻雜區(qū)112。區(qū)106和112是有源區(qū)，并分別通過相應(yīng)的隔離氧化物層116、118與相應(yīng)的柵極電極120、122隔開。當(dāng)給柵極120施加正電壓時(shí)，在有源區(qū)106中形成溝道，由此，將電極124電與中心電極126相耦合。施加到柵極122的類似電壓消除了區(qū)112中的溝道，由此使中心電極126和電極128相隔離。相反，當(dāng)從柵極120和122去除正電壓時(shí)，區(qū)106中的溝道消失，同時(shí)區(qū)112中的溝道112重新形成。由此，中心電極126與電極124相隔離并耦合到電極128。如果使電極124耦合到地，并且使電極128耦合到正電源電壓，驅(qū)動(dòng)到中心電極126的電壓是柵極電極上的數(shù)字反相電壓。
注意，沒有按比例畫出集成電路的這些和其它的橫截面圖。通常，晶片襯底大約是1mm厚，而半導(dǎo)電層可以(例如)是10-8到10-4m厚。導(dǎo)電層的厚度可以是大約10-100nm厚。
通過產(chǎn)生晶體管作為絕緣襯底上的島，消除了雜散的(stray)泄漏路徑。這些電流路徑是在高溫時(shí)性能降低或者失效的首要根源，并且它們的消除允許在遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他可能的溫度時(shí)的操作。
圖1B示出了使用不同SOS技術(shù)的CMOS反相器的示意性橫截面圖。在該方法中，半導(dǎo)電層130橫跨藍(lán)寶石襯底102的表面而存在。以和前面同樣的方式形成晶體管，它們?cè)诒“雽?dǎo)電層130中間被隔開，而不是絕緣的島。現(xiàn)在必須通過厚絕緣層132使互聯(lián)晶體管的導(dǎo)體(例如中心電極132)與半導(dǎo)電層的中間區(qū)隔開，以避免產(chǎn)生不想要的溝道和電流泄漏路徑。然而，由于在襯底上泄漏路徑的消除，相對(duì)于塊硅上的裝置，該SOS技術(shù)中裝置的性能仍然得到顯著改善。另外，通過使用溝(trench)、保護(hù)環(huán)(guard ring)和其它結(jié)構(gòu)，可以進(jìn)一步增強(qiáng)性能，以減少或者消除通過半導(dǎo)電層130的泄漏。(保護(hù)環(huán)是圍繞敏感區(qū)的導(dǎo)電結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)保持在和敏感區(qū)接近或相同的電勢(shì)處，以減少電場(chǎng)梯度，由此減少泄漏電流)。
可以設(shè)計(jì)在高溫運(yùn)行的電子裝置，以抵消高溫導(dǎo)致的環(huán)境影響(除了泄漏電流之外)。例如，可以期望在高溫環(huán)境中在長(zhǎng)時(shí)期內(nèi)設(shè)置的電子組件遭遇“除氣(outgassing)”效應(yīng)。除氣是從用于構(gòu)成電子組件的材料中排放出化學(xué)氣體。例如，塑料和粘接劑可能包含在高溫時(shí)汽化的殘留溶劑。其它的材料可能開始(緩慢地)分解。對(duì)于腐蝕的和外來的化學(xué)品種的形成是不平常的。如果得不到充分的保護(hù)，集成電路可能尤其易受到退化的影響。
圖1C示出了一種形式的保護(hù)設(shè)置在集成電路管芯(die)的有源表面上的厚鈍化層150。鈍化層可以是氧化物或者氮化物材料。在一種實(shí)施中，鈍化層包括大約5000埃的摻磷SiO2，用大約15000埃的Si3N4覆蓋。因此，厚鈍化層是至少2微米(大約)或更厚。為了在高溫環(huán)境中長(zhǎng)期使用，人們可能期望將鈍化層厚度增加到大約6微米。
圖22示出了另一種形式的保護(hù)圍繞每個(gè)管芯的寬密封環(huán)242。如圖22所示，在每個(gè)晶片上制造很多集成電路240。在制造之后，鋸沿著切割道(cutting lane)244切割晶片，以形成集成電路管芯。(可以使用粘接性的基底材料以在切割操作中把管芯保持在適當(dāng)?shù)奈恢谩?切割操作通常損壞集成電路管芯的邊緣，例如通過產(chǎn)生碎片、小的破裂，和/或在鈍化層和晶片襯底之間疲勞的粘接。這些損壞特性的每一個(gè)都可能增加管芯的易損性，使除氣效應(yīng)退化。因此，可以提供寬密封環(huán)以增加粘接區(qū)，并增加集成電路與損壞的邊緣的分離，該損壞的邊緣由放置在粘接帶上(把管芯保持在適當(dāng)?shù)奈恢?的晶片單體(singulation)導(dǎo)致。在一個(gè)實(shí)施例中，密封環(huán)寬度至少是切割道244的寬度的兩倍。
圖2A示出了使用SiC技術(shù)構(gòu)成的補(bǔ)充金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)反相器的示意性橫截面圖。反相器包括制造在碳化硅襯底102的表面上的兩個(gè)晶體管。第一晶體管包括在兩個(gè)n+摻雜區(qū)104、108之間的碳化硅的p摻雜區(qū)106。第二晶體管包括在兩個(gè)p+摻雜區(qū)110、114之間的n摻雜區(qū)112。區(qū)106和112是有源區(qū)，并分別通過相應(yīng)的隔離氧化物層116、118與相應(yīng)的柵極電極120、122隔開。當(dāng)給柵極120施加正電壓時(shí)，在有源區(qū)106中形成溝道，由此將電極124電耦合到中心電極126。施加給柵極122的類似電極消除了區(qū)112中的溝道，由此使中心電極126與電極128隔離。相反，當(dāng)從柵極120和122去除正電壓時(shí)，區(qū)106中的溝道消失，同時(shí)區(qū)112中的溝道112重新形成。由此，中心電極126與電極124隔離并耦合到電極128。如果電極124耦合到地，并且電極128耦合到正電源電壓，則驅(qū)動(dòng)中心電極126的電壓是柵極上的數(shù)字反相電壓。
注意，沒有按比例畫出集成電路的這些和其它的橫截面圖。通常，晶片襯底大約是1mm厚，而擴(kuò)散摻雜區(qū)可以(例如)是10-8到10-4m厚。導(dǎo)電層的厚度可以在大約10-100nm厚，并且隔離層的厚度可以從幾納米到幾微米。
碳化硅的大能帶間隙(large energy band gap)減小了泄漏電流，并允許在比硅更高的溫度時(shí)集成電路的操作。另外，通過使用溝、保護(hù)環(huán)(即，圍繞敏感區(qū)的導(dǎo)電結(jié)構(gòu))和其它結(jié)構(gòu)可以進(jìn)一步增強(qiáng)性能，以進(jìn)一步減少或者消除泄漏電流。該結(jié)構(gòu)被保持于和敏感區(qū)接近或相同的電勢(shì)，以減少電場(chǎng)梯度，由此減少泄漏電流。
圖2B示出了圖2A的SiC裝置，具有設(shè)置在集成電路管芯的有源表面上的厚鈍化層202，以保護(hù)免受除氣導(dǎo)致的退化。鈍化層可以是氧化物或者氮化物材料。在一個(gè)實(shí)施中，鈍化層包括大約5000埃的摻磷SiO2，用大約15000埃的Si3N4覆蓋。因此，厚鈍化層至少是2微米(大約)或更厚。為了在高溫環(huán)境中長(zhǎng)期使用，人們可能期望將鈍化層厚度增加到大約6微米。還可以使用密封環(huán)，以提供對(duì)免受除氣效應(yīng)的增強(qiáng)保護(hù)。
在高溫時(shí)的另一個(gè)環(huán)境效應(yīng)是增強(qiáng)的電遷移。電遷移是由電子流動(dòng)導(dǎo)致的金屬原子的移動(dòng)。電遷移可以導(dǎo)致集成電路內(nèi)互聯(lián)的減弱(thinning)和分離。保護(hù)免受電遷移的一種形式是受限的電流密度?？梢栽O(shè)計(jì)集成電路以在更低的電流(例如，更慢的)上運(yùn)行，或者可以設(shè)計(jì)具有較大的橫截面積的互聯(lián)，以降低電流密度。在一些實(shí)施例中，集成電路可以實(shí)現(xiàn)金屬互聯(lián)，即使當(dāng)集成電路運(yùn)行在高溫(超過200攝氏度)時(shí)，該互聯(lián)也限制電流密度低于預(yù)定水平。在常規(guī)電路中，已經(jīng)觀測(cè)到高于105A/cm2的電流密度時(shí)金屬互聯(lián)中的電遷移。在更高溫度時(shí)可以期望該值降低，并可以取決于用于制造這種互聯(lián)的金屬或者合金。然而，可以期望在范圍5×103A/cm2到5×1O4A/cm2的范圍中建立電流密度限制，以消除作為性能退化或者裝置故障原因?qū)е碌碾娺w移。為了限制電流密度，可以把集成電路設(shè)計(jì)成運(yùn)行在更低電流(例如很慢)，或者可以設(shè)計(jì)具有更大的橫截面積的互聯(lián)。例如，可以將互聯(lián)制造成比常規(guī)互聯(lián)寬2到5倍和厚2到3倍，以降低電流密度。
圖3A示出了可以使用SiC或者SOS技術(shù)實(shí)現(xiàn)的CMOS反相器的電示意圖。該反相器包括兩個(gè)晶體管302、304。晶體管302是具有p型有源區(qū)(PMOS)的MOS晶體管，而晶體管304是具有n型有源區(qū)(NMOS)的MOS晶體管。該晶體結(jié)構(gòu)將節(jié)點(diǎn)A的數(shù)字反相電壓驅(qū)動(dòng)到節(jié)點(diǎn)B上。圖3B示出了用于反相器的電氣符號(hào)306。
圖4示出了反相器環(huán)形振蕩器的例子。使用串聯(lián)的奇數(shù)個(gè)反相器306構(gòu)成振蕩器。把電源施加到串聯(lián)，以在節(jié)點(diǎn)C處產(chǎn)生振蕩信號(hào)?？梢詫⒎聪嗥髟O(shè)計(jì)成熱敏的，或者可選擇地，可以將它們擴(kuò)大為在反相器之間具有熱敏元件。在該設(shè)計(jì)中，振蕩頻率是熱敏的，允許反相器環(huán)可以用作溫度傳感器。在鉆頭的情形(圖16)中，可以從傳感器1616接收到振蕩傳感器信號(hào)，并通過遙感勘測(cè)組件1618進(jìn)行無線傳輸?？蛇x地，傳感器可以直接耦合到天線，以傳輸沒有干涉的振蕩信號(hào)。在其它的實(shí)施例中，可以將反相器環(huán)設(shè)計(jì)成除了隨溫度敏感之外對(duì)于參數(shù)也是敏感的。
反相器環(huán)傳感器可以是簡(jiǎn)單和堅(jiān)固的。然而，它們可能不適合作為高精度的傳感器。對(duì)于高精度傳感，可以優(yōu)選數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)采集和處理。數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)采集電路的成份包括參考電壓、采樣和保持電路和模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)。充電耦合延遲線和數(shù)字存儲(chǔ)器還可以證明是有用的。在下述的討論中，提供具有多種結(jié)構(gòu)的所選元件的例子。
圖5示出了適合在高溫時(shí)使用高精度溫度補(bǔ)償參考電壓。參考電壓可以適于由地?zé)峁ぞ?、智能傳感器接口?jié)點(diǎn)遙感勘測(cè)(STINT)系統(tǒng)、電纜測(cè)井工具、MWD工具和在應(yīng)用模數(shù)轉(zhuǎn)換的高溫環(huán)境中使用的任何工具來使用。參考電壓包括第一級(jí)參考電壓源502，例如帶隙電路或者溫度補(bǔ)償?shù)凝R納二極管。所給出的兩個(gè)例子都包括具有正溫度系數(shù)的的溫度補(bǔ)償元件，以補(bǔ)償在第一級(jí)參考源的負(fù)溫度系數(shù)。分接(tapping)該元件允許確定溫度指示電壓。
在圖5中的第一級(jí)參考電壓源502是溫度補(bǔ)償?shù)凝R納二極管源，具有和正向偏壓二極管串聯(lián)的齊納二極管504。(跨在二極管兩端的電壓充當(dāng)我們的溫度指示電壓。)當(dāng)電流源508施加到第一級(jí)源502時(shí)，在節(jié)點(diǎn)510產(chǎn)生第一級(jí)參考電壓。模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)514從節(jié)點(diǎn)512采樣溫度指示電壓，并數(shù)字化該值，優(yōu)選采用16位的分辨率。施加該數(shù)字值作為非易失存儲(chǔ)器516的地址。在產(chǎn)品配置時(shí)的校準(zhǔn)處理過程中確定的補(bǔ)償值填入存儲(chǔ)器516。將用于測(cè)量的溫度指示電壓的補(bǔ)償值施加于產(chǎn)生模擬補(bǔ)償電壓的數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)518。(同樣，可以優(yōu)選16位的精度。)累加電路520由第一級(jí)參考電壓和補(bǔ)償電壓產(chǎn)生高精度參考電壓?？梢允褂酶呔葏⒖茧妷候?qū)動(dòng)電流源508，并可以充當(dāng)用于ADC 514和DAC 518的參考。
圖6示出了采樣和保持電路的例子。當(dāng)使用SiC技術(shù)實(shí)現(xiàn)時(shí)，期望采樣和保持電路的性能顯著好于由于在SiC電路中固有存在的低泄漏電流導(dǎo)致的可比較的(comparable)硅電路的性能。
通過運(yùn)算放大器604在節(jié)點(diǎn)602緩沖輸入信號(hào)電壓。施加到節(jié)點(diǎn)610的柵極信號(hào)在“斷開”和“閉合”狀態(tài)之間切換柵極晶體管606。當(dāng)柵極晶體管606在導(dǎo)電狀態(tài)時(shí)，運(yùn)算放大器604將緩沖電壓驅(qū)動(dòng)到電容器608上。當(dāng)柵極晶體管處于不導(dǎo)電時(shí)，電容器電壓608凍結(jié)，即，采樣的輸入電壓是“保持的”。電容器608可以是片上電容器，或者用于延伸的保持應(yīng)用，電容器608可以是和非片上(off-chip)電容器并聯(lián)連接的片上電容器。另一個(gè)運(yùn)算放大器612緩沖電容電壓，把指示電容電壓的電壓提供給輸出信號(hào)節(jié)點(diǎn)614。
圖7A示出了使用SiC技術(shù)實(shí)現(xiàn)的充電耦合延遲線。SiC晶片102被提供有具有圍繞p摻雜碳化硅的有源區(qū)的n+摻雜碳化硅的終端區(qū)的裝置結(jié)構(gòu)。“負(fù)載”電極702耦合到一個(gè)終端區(qū)，“非負(fù)載”電極704耦合到另一個(gè)終端區(qū)。在終端區(qū)之間是由柵絕緣體706從有源區(qū)隔開的一系列柵極708-720。當(dāng)以適當(dāng)?shù)捻樞蝌?qū)動(dòng)時(shí)，電荷從柵極到柵極流通，并最終傳送到非負(fù)載的電極，在那里可以測(cè)量電荷?？梢钥刂乞?qū)動(dòng)順序以產(chǎn)生可編程的延遲。在下述的表格中示出示意性的驅(qū)動(dòng)順序，其中“B”表示保持在柵極下的電荷可以忽略時(shí)的緩沖電壓(例如5伏)，“H”表示電荷存儲(chǔ)在柵極下時(shí)的保持電壓(例如10伏)，以及“P”表示從相鄰柵極下拉起(pull)電荷時(shí)的流通(pass)電壓(例如15伏)。

每個(gè)柵極(除了與終端區(qū)相鄰的柵極之外)經(jīng)過九步電壓順序從前述的柵極拉到電荷，短暫保持電荷，將電荷傳遞到下一個(gè)柵極，并且當(dāng)上述柵極聚集電荷時(shí)充當(dāng)緩沖器。和終端相鄰的柵極可以作為閥運(yùn)行，從不拉出電荷，但是只允許電荷傳遞到終端電極(或從終端電極進(jìn)行傳遞)。
充電耦合延遲線可以工作在特高頻，例如，控制順序可以在射頻上記時(shí)(clock)，而不顯著減弱性能。在另一個(gè)極端，充電耦合延遲可以工作在特低頻?？刂祈樞蛏踔量梢蚤L(zhǎng)時(shí)間地停止在步驟3、6或者9，以在延遲線中存儲(chǔ)電荷。該結(jié)構(gòu)允許把延遲線用作低復(fù)雜性的模擬存儲(chǔ)器。因此，例如，低復(fù)雜性傳感器可以包括傳感器、簡(jiǎn)單放大器和適當(dāng)計(jì)時(shí)的延遲線，該延遲線存儲(chǔ)由傳感器進(jìn)行的一系列測(cè)量。然后，可以把該傳感器物理地傳輸?shù)街行脑O(shè)施，在該中心設(shè)施處恢復(fù)測(cè)量值，轉(zhuǎn)換成數(shù)字值，并在那之后進(jìn)行常規(guī)的數(shù)字信號(hào)處理。
圖7B示出了使用SOS技術(shù)實(shí)施的充電耦合延遲線。藍(lán)寶石晶片102配備有半導(dǎo)電層130，該半導(dǎo)電層130具有圍繞p摻雜硅有源區(qū)的n+摻雜硅終端區(qū)?！柏?fù)載”電極702耦合到一個(gè)終端區(qū)，而“非負(fù)載”電極704耦合到另一個(gè)終端區(qū)。在終端電極之間是由柵極絕緣體706從有源區(qū)隔開的一系列柵極708-720。圖7B的充電耦合延遲線的工作和上述圖7A的充電耦合延遲線的工作相同或者類似。
可以使用SiC或者SOS技術(shù)實(shí)施微機(jī)械電子系統(tǒng)(MEMS)技術(shù)。圖8A和8B示出了可以用作加速或者振動(dòng)傳感器的懸臂的例子?？梢詫?duì)藍(lán)寶石晶片102形成圖案并化學(xué)刻蝕，以產(chǎn)生具有上電極804的懸臂802。圖8A示出了側(cè)視圖，而圖8B示出了懸臂結(jié)構(gòu)的端(end-on)視圖。在圖8B中，示出側(cè)壁電極806。當(dāng)裝置經(jīng)受加速時(shí)，懸臂802稍微偏斜。偏斜可以被檢測(cè)為上電極804和側(cè)電極806之間電容的變化。在Julian W.Gardner等人的Microsensors，MEMS and Smart Devices，2001 Wiley§Sons中描述了用于塊硅的多種構(gòu)造技術(shù)和傳感器結(jié)構(gòu)，其在這里引作參考。除了加速計(jì)，還可以使用MEMS技術(shù)制造壓力傳感器、陀螺儀、溫度傳感器、熱陣列等。傳感器結(jié)構(gòu)可以基于以下(在例子中)轉(zhuǎn)動(dòng)檢測(cè)、扭力檢測(cè)、橫向或者垂直懸臂結(jié)構(gòu)，和電容、電感、電阻和光學(xué)傳感器。
SiC和SOS技術(shù)提供高溫時(shí)的性能優(yōu)勢(shì)。然而，作為新的技術(shù)，SiC和SOS管芯可能遭受相對(duì)大量的制造缺陷。換句話說，缺陷密度可以足夠高，而使得制造大而復(fù)雜的集成電路不可能。收益(yield)率(正確行使功能的裝置的部分)強(qiáng)烈地依賴于集成電路管芯的尺寸。大管芯尺寸實(shí)際上保證了在每個(gè)管芯上缺陷的存在，徹底地降低了收益率(yield)。如果嚴(yán)格限制管芯尺寸，則現(xiàn)存的SiC和SOS制造技術(shù)可以提供可接受的收益率。給出這些收益率限制，例如高性能處理器和計(jì)算機(jī)復(fù)雜電路可能和分區(qū)設(shè)計(jì)，即分區(qū)的設(shè)計(jì)一樣可行，使得每片(piece)能夠適配到預(yù)定尺寸的管芯上，并使得整個(gè)設(shè)計(jì)可以通過把功能管芯接入到混合電路中(例如多芯片模塊)進(jìn)行構(gòu)建。
圖9示出了允許使用制造技術(shù)、以產(chǎn)生適用于高溫環(huán)境的復(fù)雜電子組件902的示意性分區(qū)。組件902可以包括處理器904，其被分割成用于從存儲(chǔ)器取回指令和數(shù)據(jù)，以及從寄存器取回?cái)?shù)據(jù)的取數(shù)(fetch)模塊906，用于存儲(chǔ)中間計(jì)算值的寄存器模塊908，用于根據(jù)指令處理數(shù)據(jù)的執(zhí)行模塊910，和用于存儲(chǔ)來自寄存器和存儲(chǔ)器中的執(zhí)行模塊的結(jié)果的提交(commit)模塊912。每個(gè)模塊都可以在獨(dú)立的管芯上，并耦合在一起以形成處理器904。組件902還可以包括用于處理器所需要的數(shù)據(jù)和指令的高速緩存模塊914，用于將高速緩存和處理器耦合到其它系統(tǒng)元件的總線接口模塊916，用于存儲(chǔ)軟件和數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)器模塊918，用于把組件耦合到外計(jì)算機(jī)組件的網(wǎng)絡(luò)接口模塊920，用于控制傳感器和采集傳感器數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)采集模塊922，用于給驅(qū)動(dòng)器和傳感器供電的驅(qū)動(dòng)模塊924，用于放大和檢測(cè)來自傳感器的信號(hào)的傳感器模塊926，和用于多個(gè)參數(shù)的中間感知的微機(jī)械電子系統(tǒng)(MEMS)模塊928。每個(gè)模塊可以在獨(dú)立的管芯上，并耦合在一起以形成電子組件902。
圖23示出了用于確定大電路的最佳分區(qū)的示意性方法。該方法可以嵌在由計(jì)算機(jī)執(zhí)行的軟件程序中。在塊252中，獲得最初的電路設(shè)計(jì)?？梢允褂萌魏我环N可用的集成電路設(shè)計(jì)描述語言，以展示電路設(shè)計(jì)，并把電路設(shè)計(jì)存儲(chǔ)在電子文件中。在塊252中，電路設(shè)計(jì)可以是預(yù)存的計(jì)算機(jī)文件，其通過執(zhí)行該方法的計(jì)算機(jī)進(jìn)行訪問。在塊254中，確定通過電路設(shè)計(jì)獲得的表面面積。在塊256中，根據(jù)所需表面面積上的至少一部分，估計(jì)收益率(即，制造好的沒有故障的集成電路的部分)。在一個(gè)實(shí)施例中，可以使用Murphy的模型估計(jì)收益率YY=[1-e-ADAD]2---(1)]]>其中A是對(duì)點(diǎn)故障敏感的電路面積，而D是點(diǎn)故障的密度。其它的收益率模型也存在并可以使用。
在塊258，計(jì)算用于組件芯片的費(fèi)用。該費(fèi)用可能包括每個(gè)晶片的處理費(fèi)用除以每晶片的無故障管芯的平均數(shù)量，并還可以包括用于無故障管芯的包裝(packaging)費(fèi)用。在塊260到272中，確定用于具有變化數(shù)量的芯片的芯片組的費(fèi)用。當(dāng)在芯片組中的芯片數(shù)量增加時(shí)，總費(fèi)用可能降低，但是當(dāng)包裝費(fèi)用變成主要因素時(shí)，總費(fèi)用還是將最終增加。因此，在塊260到272中執(zhí)行的操作設(shè)法識(shí)別最小化芯片組費(fèi)用的點(diǎn)。注意，在塊258中確定的費(fèi)用可能是最小的費(fèi)用，但是當(dāng)故障密度高、并且電路設(shè)計(jì)需要相當(dāng)大的面積時(shí)，不應(yīng)當(dāng)期望這個(gè)。
在塊260中，將電路設(shè)計(jì)分成需要較小有源區(qū)的兩個(gè)電路。分區(qū)操作試圖讓相對(duì)等尺寸的電路部分符合這些部分是模塊化的(modular)，即，這些部分具有有限數(shù)量的互聯(lián)。通過可用于管芯表面上的連接焊盤(pad)可用的有限空間實(shí)現(xiàn)對(duì)互聯(lián)數(shù)量的限制。(由于連接焊盤的需求，用于分區(qū)電路的總的表面積可能較大，但是連接焊盤很大程度上不敏感于制造缺陷，并由此將只是最低程度地影響收益率計(jì)算。)在塊264中，確定對(duì)于每個(gè)電路分區(qū)所需要的面積。在塊268中，確定用于每個(gè)電路分區(qū)的收益率。在塊270中，確定用于每個(gè)芯片的成本(如在塊258中那樣)，并計(jì)算成本總和以確定芯片組成本。在塊272中，將當(dāng)前的成本和以前的成本進(jìn)行比較。如果當(dāng)前成本較高，那么以前的成本是最小的芯片組成本，并由此應(yīng)當(dāng)分區(qū)該電路。因此，控制進(jìn)入到塊276，在那里制造最優(yōu)化的分區(qū)芯片組。
如果當(dāng)前成本低于以前的成本，那么控制從塊274進(jìn)入到塊262，在那里重新分區(qū)電路設(shè)計(jì)，以獲得具有更大數(shù)量芯片的芯片組設(shè)置。重復(fù)塊262-274，直到成本開始升高，由此表明已經(jīng)確定了最小的成本。
為了提供所需功能，將芯片組中的芯片電耦合在一起。圖10示出了安裝在芯片板1004上的多個(gè)組件集成電路芯片1002。示出連接到連接器1006的電路板1004，該連接器適于將電路板1004連接到可以連接到其它電路板的工具(tool)總線。還連接到電路板1004的是適于將電路板連接到傳感器和執(zhí)行器的連接器1008，傳感器和執(zhí)行器可以獨(dú)立地受到電路板的控制。電路板1004提供對(duì)組件芯片1002、連接器1006、1008和連接到該板的其它組件的物理支撐和電互連。
每個(gè)芯片組件1002可以采用多芯片模塊的形式，即，組件具有在其上安裝多個(gè)集成電路管芯的襯底。該襯底在多個(gè)管芯之間以及管芯和外部引腳或者焊盤之間提供物理支撐和電互連。
很多集成電路遭受適度升高溫度(例如，150℃)時(shí)的性能退化或者故障，然而在這種溫度下其它集成電路可以繼續(xù)令人滿意地運(yùn)行。在適度升高溫度時(shí)可能需要長(zhǎng)時(shí)間安裝的多種電路中，繼續(xù)運(yùn)行是不必要的。而是，可能需要只是暫時(shí)地、并且不頻繁地訪問電路的某些部分，例如，在電源接通和復(fù)位事件中可能只需要訪問非易失性程序存儲(chǔ)器。在不頻繁的校準(zhǔn)事件中，可能只需要參考電壓。在這種電路中，可以局部化冷卻效果，以調(diào)節(jié)需要冷卻的電路部分。而且，可以僅僅當(dāng)需要溫度敏感電路的操作時(shí)進(jìn)行冷卻。在這種電路中，可以直接在管芯或者包含溫度敏感電路的組件上進(jìn)行冷卻操作，大大降低需要冷卻的熱質(zhì)量。另外，由于冷卻操作可能是短暫和不頻繁的，所以冷卻系統(tǒng)可以較小，并可以減小散熱片的尺寸或者除去散熱片。以這種方式，可以顯著減小電子制冷所需的尺寸和電源需求。
圖11A示出了具有襯底1102的示意性多芯片模塊(MCM)，該襯底具有用于外部電連接的焊盤1104。還可以在襯底1102的另一側(cè)設(shè)置用于內(nèi)部連接的電路徑和焊盤。在圖11A中，示出“倒裝芯片”結(jié)構(gòu)的集成電路管芯1108。在該結(jié)構(gòu)中，焊球(ball)1106連接到管芯1108的有源表面，并且這些球相對(duì)襯底1102上的配合球(mating ball)或者焊盤進(jìn)行放置。焊球部分熔化，形成物理、導(dǎo)電連接?？梢灶愃频匕惭b其它管芯1110?？梢詫⒎菍?dǎo)電粘接材料1112引入到管芯1108、1112和襯底1102之間的間隙中，以加強(qiáng)物理連接。還可以使用其它的MCM結(jié)構(gòu)，例如線粘接。
在圖11A的MCM中，將Peltier冷卻器1114安裝在具有熱導(dǎo)電粘接劑1116的管芯1108的無源(“背”)表面。Peltier冷卻器包括多層嵌入的金屬層夾層。當(dāng)電流從層到層流動(dòng)時(shí)，熱量從冷卻器的一個(gè)表面?zhèn)鬏數(shù)较鄬?duì)的表面。電極1118連接到冷卻的(下)表面，電極1120連接到熱的(上)表面。這些電極可以粘接到襯底1102。
根據(jù)用于冷卻電子裝置的多個(gè)參數(shù)和冷卻器的性能，可能不需要專用的散熱片。在圖11A的MCM中，導(dǎo)熱和變形材料1122將Peltier冷卻器1114的上表面熱耦合到組件蓋(cap)1124，其用作組裝和散熱的雙重目的。粘性的粘接劑1126將蓋1124連接到襯底1102并密封組件。在一個(gè)實(shí)施例中，襯底1102包括具有用于互連的有圖案的金屬層的陶瓷材料。蓋1124可以是陶瓷的、塑料的或者金屬材料。
圖11B示出了多種MCM結(jié)構(gòu)，其中Peltier冷卻器1114直接安裝在襯底1102上。Peltier冷卻器1114直接通過熱導(dǎo)體1130冷卻管芯1108，用導(dǎo)熱粘接劑將該熱導(dǎo)體粘接到冷卻器1114和管芯1108。
管芯1108可以包括閃存(flash memory)和參考電壓。閃存通常能夠在高于讀出和寫入電路故障的點(diǎn)的溫度處保留信息。當(dāng)需要訪問閃存以讀取或者存儲(chǔ)數(shù)據(jù)時(shí)，控制器可以給Peltier冷卻器供電、并以預(yù)定時(shí)間間隔暫停。一旦間隔時(shí)間結(jié)束，控制器可以進(jìn)行必要的存儲(chǔ)器訪問并給冷卻器斷電。可以使用易失性存儲(chǔ)器來緩沖從閃存?zhèn)鬏敽蛡鬏數(shù)介W存的數(shù)據(jù)，由此減少訪問非易失存儲(chǔ)器的頻率。
可以以類似的方式溫度控制參考電壓。也就是，控制器可以給Peltier冷卻器供電，以臨時(shí)調(diào)節(jié)參考電壓的溫度，并以預(yù)定時(shí)間間隔暫停，以允許在用參考電壓進(jìn)行校準(zhǔn)操作之前，穩(wěn)定參考電壓的溫度。通過限制所使用的溫度范圍可以增加參考電壓的精確度?？刂破骺梢栽诓皇褂脜⒖茧妷簳r(shí)給冷卻器斷電。通過使用不同的半導(dǎo)體技術(shù)可以減少或者消除對(duì)冷卻的必要。通過使不同摻雜的硅區(qū)域彼此相接觸、以產(chǎn)生耗盡區(qū)，而形成晶體管和其它集成電路元件。當(dāng)裝置溫度升高時(shí)，熱激發(fā)的電子在耗盡區(qū)產(chǎn)生雜散電流載子。該雜散電流載子導(dǎo)致泄漏電流流到應(yīng)該由這些耗盡區(qū)隔離的區(qū)域、或者從該區(qū)域流出。泄漏電流作為溫度的函數(shù)快速增大，并且在高溫時(shí)，泄漏電流可能相當(dāng)大。對(duì)于多種原因而言，大的泄漏電流都是有害的。泄漏電流引起附加的熱量耗散，其還可能升高溫度，并由此另外增大泄漏電流。泄漏電流將實(shí)質(zhì)上增大集成電路的功耗。泄漏電流通常降低集成電路的性能，并且在某些溫度時(shí)，將造成電路不能運(yùn)行。最終，泄漏電流增加集成電路元件之間無意的和不期望的相互干擾的可能性。共擾(common interaction)的一個(gè)例子是“鎖定(latchup)”效應(yīng)，其中，在具有失控(runaway)效應(yīng)的不同晶體管之間形成電流路徑，失控效應(yīng)導(dǎo)致通常有可能只能通過使電路斷電來中斷的大電流。
不是依賴于來自硅晶片的管芯，而是集成電路可以制造在碳化硅晶片上。碳化硅具有比硅更大的能帶間隙，使得對(duì)于熱激發(fā)電子而言更難產(chǎn)生雜散電流載子。這種相對(duì)的抗擾性顯著地降低了集成電路中的泄漏電流。當(dāng)利用適當(dāng)設(shè)計(jì)的裝置形成圖案時(shí)，碳化硅(SiC)晶片可以適于構(gòu)成在高溫運(yùn)行良好的電子裝置。因此，這些裝置將適用于高溫環(huán)境。
可選地，集成電路可以制造在電絕緣晶片上。通過使有源裝置區(qū)和晶片塊分離，耗盡區(qū)的尺寸大大減小，而泄漏電流相應(yīng)地減小。這種絕緣晶片可以包括在電路和晶片襯底塊之間具有絕緣層的塊硅晶片。然而，在這種絕緣結(jié)構(gòu)中，在制造集成電路的過程中存在需要形成和保護(hù)絕緣層的附加步驟。而且，在這種結(jié)構(gòu)中，保留了和晶片塊的電容耦合，該晶片塊影響功耗并限制集成電路的運(yùn)行速度。為了在井下應(yīng)用，可以優(yōu)選使用絕緣材料塊的晶片。例如，藍(lán)寶石是可以形成于單晶晶片中、并設(shè)置有半導(dǎo)電表面層的絕緣材料。具有薄硅表面層的藍(lán)寶石晶片在市場(chǎng)可以買到。當(dāng)用適當(dāng)設(shè)計(jì)的裝置形成圖案時(shí)，藍(lán)寶石上的硅(SOS)晶片可以適于構(gòu)成在高溫運(yùn)行良好的電子裝置。
圖12示出了可以用于實(shí)現(xiàn)分區(qū)設(shè)計(jì)的多芯片模塊1102。每個(gè)管芯1202、1204、1206可以具有總體設(shè)計(jì)的分區(qū)部分，并可以在構(gòu)成多芯片模塊1102之前進(jìn)行測(cè)試。由于每個(gè)管芯的增強(qiáng)的收益率而導(dǎo)致設(shè)計(jì)的總成本被大大降低了。
由于SiC和SOS技術(shù)允許制造具有最小泄漏電流的裝置，所以SiC和SOS技術(shù)可以充當(dāng)模擬存儲(chǔ)器的基礎(chǔ)。減小的泄漏將使得僅以由于泄漏電流而導(dǎo)致的最小退化而延長(zhǎng)電荷的存儲(chǔ)。圖13示出了包括陣列存儲(chǔ)器單元1302的示意性模擬存儲(chǔ)器。每個(gè)存儲(chǔ)器單元包括存取晶體管1304和電容器1306。當(dāng)插入行線1310時(shí)，耦合到插入行線的讀取晶體管將電容器耦合到相應(yīng)的列線1308。在存儲(chǔ)操作中，列線給電容器充電，以存儲(chǔ)模擬值。在讀取操作中，電容器充電共用列線，以可測(cè)量的方式改變列線的電勢(shì)。
模擬存儲(chǔ)器接收數(shù)字尋址信號(hào)、數(shù)字讀/寫信號(hào)和一個(gè)或者多個(gè)雙向模擬數(shù)據(jù)信號(hào)。行解碼器1312確定由地址信號(hào)指示的行線。一個(gè)或者多個(gè)檢測(cè)器和驅(qū)動(dòng)電路1314接收讀/寫信號(hào)。當(dāng)控制信號(hào)指示讀操作時(shí)，檢測(cè)器和驅(qū)動(dòng)電路在列線上執(zhí)行感知操作，以測(cè)量存儲(chǔ)在模擬存儲(chǔ)器單元中的電荷，通過確定行線可以實(shí)現(xiàn)對(duì)該模擬存儲(chǔ)器單元的訪問。模擬值可以被放大和驅(qū)動(dòng)，成為模擬數(shù)據(jù)線上的輸出信號(hào)。其后，檢測(cè)器和驅(qū)動(dòng)電路可以將存儲(chǔ)器單元放電到測(cè)量值。當(dāng)控制信號(hào)指示寫操作時(shí)，檢測(cè)器和驅(qū)動(dòng)電路緩沖來自模擬數(shù)據(jù)總線的模擬數(shù)據(jù)信號(hào)值，并將可訪問存儲(chǔ)器單元中的電容器充電到相對(duì)應(yīng)的值。
盡管泄漏電流較小，但是它們將可以完全被消除。因此，隨著時(shí)間的過去可以預(yù)期所存儲(chǔ)模擬值的某些衰減。如果衰減率足夠長(zhǎng)，那么通過在模擬存儲(chǔ)陣列中使用參考單元可以測(cè)量這種衰減。在填寫剩余存儲(chǔ)陣列的同時(shí)可以使用一個(gè)或者多個(gè)所選擇的單元，以存儲(chǔ)預(yù)定模擬值。其后，當(dāng)讀存儲(chǔ)器時(shí)，可以使用參考單元測(cè)量衰減率，并由此可以相應(yīng)補(bǔ)償其它存儲(chǔ)的模擬值。
如果衰減率稍微大點(diǎn)，那么可以周期地更新每個(gè)模擬存儲(chǔ)單元。在更新操作中，讀出、放大存儲(chǔ)的模擬值，以補(bǔ)償假定的衰減率，并重新存到存儲(chǔ)器單元中。可以使用參考存儲(chǔ)器單元，以測(cè)量通過反復(fù)地衰減和更新周期而產(chǎn)生的全部變化，使得當(dāng)最終讀出數(shù)據(jù)時(shí)，可以對(duì)在更新操作中積累的不精確進(jìn)行一些補(bǔ)償。
圖14示出了使用SiC和SOS技術(shù)實(shí)現(xiàn)的標(biāo)記裝置1402。當(dāng)使用SiC或SOS技術(shù)實(shí)現(xiàn)時(shí)，這種裝置可以在高溫環(huán)境中工作。標(biāo)記裝置1402包括耦合在電容器的兩個(gè)板1406和1408之間的電感線圈1404。把電感線圈1404配置成與響應(yīng)于高頻電磁信號(hào)的電容器諧振。電源電路1410從諧振獲得電能，并向其它裝置元件提供電能。蓋標(biāo)記裝置還包括無線電收發(fā)機(jī)模塊1412和印刷(printed)偶極天線1414。把無線電收發(fā)模塊1412配置成檢測(cè)可能被傳輸?shù)綐?biāo)記裝置1402的指令，并把無線電收發(fā)機(jī)模塊1412進(jìn)一步配置成通過在偶極1414上的傳輸進(jìn)行響應(yīng)。
標(biāo)記裝置還可以包括用于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的非易失性存儲(chǔ)模塊1416。無線電收發(fā)機(jī)1412可以存儲(chǔ)收到的數(shù)據(jù)，以響應(yīng)檢測(cè)指令。無線電收發(fā)機(jī)可以傳輸所存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，以響應(yīng)另一檢測(cè)指令。
標(biāo)記裝置1402可以實(shí)施為在每一側(cè)上測(cè)量(例如)小于5mm的小管芯。不是被組裝，而是標(biāo)記裝置可以被鈍化層覆蓋。當(dāng)以這種方式構(gòu)成時(shí)，每個(gè)標(biāo)記裝置可能花費(fèi)非常少。標(biāo)記裝置應(yīng)當(dāng)能夠經(jīng)受得住并運(yùn)行在極限壓力和高溫下。因此，標(biāo)記裝置可以作為信息載體添加到流體(fluid)流動(dòng)(例如，鉆井液流到井中)中。當(dāng)標(biāo)記裝置通過傳感器站時(shí)，可以啟動(dòng)標(biāo)記裝置以接收和存儲(chǔ)傳感器數(shù)據(jù)。稍后，當(dāng)流體流動(dòng)經(jīng)過數(shù)據(jù)采集中心時(shí)，可以啟動(dòng)標(biāo)記裝置，以傳輸它們存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)?？梢园衙總€(gè)裝置配置成在不同頻率上傳輸、或者用不同的調(diào)制碼傳輸，從而可以同步地詢問多個(gè)裝置。使用3-10.6GHz范圍內(nèi)的頻率，標(biāo)記裝置可以和傳感器和數(shù)據(jù)采集站利用超寬頻帶(UWB)無線協(xié)議進(jìn)行通訊。
除了實(shí)現(xiàn)遙感勘測(cè)傳輸功能之外，標(biāo)記裝置可以用作追蹤機(jī)構(gòu)，以檢測(cè)流體流動(dòng)路徑和流體損耗。在井的情形中，當(dāng)流體從井中流入構(gòu)造中時(shí)，可以通過流體清掃標(biāo)記裝置。沿著井孔經(jīng)過的電纜探測(cè)器可以在這些流體損耗區(qū)域(fluid loss region)測(cè)量標(biāo)記裝置的集中程度(concentration)，而且實(shí)際上，探測(cè)器可能能夠由標(biāo)記裝置的空間分布繪制故障圖。
在可選實(shí)施例中，標(biāo)記裝置可能包括傳感器而不是存儲(chǔ)器。當(dāng)被詢問時(shí)，標(biāo)記裝置可以傳輸它本身的傳感器測(cè)量值。該實(shí)施例對(duì)于電線不可行的位置上定位傳感器可能是有用的。例如，旋轉(zhuǎn)組件上的滑環(huán)(slip ring)和在不利環(huán)境中的電線連接是主要的故障點(diǎn)，但其可以利用標(biāo)記裝置消除。當(dāng)然可以將無線通訊設(shè)置到其它SiC或者SOS裝置中。
在SiC和SOS晶片表面上制造存儲(chǔ)器和其它集成電路包括沉積和在多個(gè)材料層上形成圖案的各步驟，該多個(gè)材料層一起形成集成電路。通過光刻法可以形成材料的圖形。光刻法包括將光敏的光刻膠材料旋轉(zhuǎn)到晶片表面上。接下來，使用精確的光處理，通過透過玻璃掩模上的圖案或者中間掩模，把光照射到層上，以獨(dú)立電路元件的形狀形成光刻膠材料的圖案。固化(cure)和顯影曝光的光刻膠材料，然后沖洗掉光刻膠的溶解區(qū)域，剩下準(zhǔn)備用于形成圖案的刻蝕或者注入摻雜的晶片。當(dāng)制造每個(gè)后續(xù)層時(shí)，通常重復(fù)上述的過程。
典型地，制造過程開始于在晶片表面上制造獨(dú)立的電路元件。然后使用適當(dāng)?shù)男纬蓤D案的導(dǎo)體和絕緣體的交替(alternating)層建立適當(dāng)電路元件之間的電連接、和其它電路元件之間的電絕緣。使用包括離子注入、薄膜沉積、光刻法、選擇刻蝕以及多種清洗工藝的一系列的處理步驟，形成電路元件和它們的互連。
增長(zhǎng)的復(fù)雜集成電路利用增加電路元件的數(shù)量，其中，依次需要在電路元件之間更多的導(dǎo)電路徑和較大數(shù)量的導(dǎo)體-絕緣層，以獲得這些路徑。增加數(shù)量的層使得連續(xù)的層到層對(duì)準(zhǔn)或者重合更加困難。通過使用化學(xué)-機(jī)械拋光(CMP)工藝、以在制成一個(gè)或者多個(gè)層之后重新平面化晶片表面，可以解決該問題。
CMP操作通常起到去除多余的涂覆材料、減少晶片地形非完美性、并通過更好的平面化改善用于光刻工藝的焦點(diǎn)深度的作用。CMP工藝包括通過在研磨微粒和拋光墊(pad)的漿料(slurry)的半導(dǎo)體晶片上化學(xué)和機(jī)械的綜合作用，對(duì)晶片表面的材料控制的去除。在CMP工作期間，使用來自相關(guān)拋光漿料的亞微米尺寸微粒，去除晶片表面上的非平面地形特征和多余的涂覆。
圖15示出了可以長(zhǎng)時(shí)間布置在井中的電子裝置的例子。用殼體1504襯里構(gòu)造1502中的井。殼體可以包括連接到其外部的裝置組件1505。殼體通常被水泥1506包圍。在殼體和包圍的水泥中的鉆孔1508到達(dá)構(gòu)造并允許流體進(jìn)入井孔。放置在殼體中的油管柱(production tubing string)可以包括輔助裝置(instrument sub)1510，其具有放在輔助裝置的厚壁中的電子組件1514。通過封隔器(packer)1512可以密封油管柱和殼體之間的環(huán)帶，以隔開井的不同部分。封隔器可以包括一個(gè)或者多個(gè)電子裝置組件1516。電纜探測(cè)裝置1518或者其它的探測(cè)器可以插在并可能長(zhǎng)時(shí)間地錨定在生產(chǎn)油管內(nèi)部?？梢允褂枚喾N形式遙感勘測(cè)的任何一種與地面通訊，包括但不局限于射頻通訊，在電纜上的電傳輸和聲波遙感勘測(cè)?？蛇x地，可以存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，用于以后的恢復(fù)。
用于高溫工作而設(shè)計(jì)的、和使用SiC或者SOS技術(shù)實(shí)現(xiàn)的集成電路可以找到多種多樣的應(yīng)用。圖16示出了高溫電子裝置用于鉆頭性能監(jiān)控的應(yīng)用例子。通過附在鉆柱(這里未示出)上的鉆頭1604在構(gòu)造1602中鉆孔。鉆頭1604具有裝有多晶金剛石塊(PDC)刀具1610的多刀片1608。當(dāng)旋鉆鉆頭1604時(shí)，刀具1610用剪切動(dòng)作(shearing action)切割石塊。內(nèi)部通道1612將鉆井液引導(dǎo)到鉆頭1604，然后鉆井液通過刀片之間的噴嘴1614流動(dòng)，以冷卻刀具1610，并從鉆頭沿著圍繞鉆柱的環(huán)帶向上移走碎片。鉆頭的操作包括巖石切割、高壓大容量鉆井液流過多個(gè)孔，以及與旋轉(zhuǎn)的軸承、密封件(seal)和潤(rùn)滑劑經(jīng)常摩擦。這些因素的每一個(gè)都產(chǎn)生熱量，在高于環(huán)境的幾十度時(shí)升高鉆頭部分的局部溫度。當(dāng)在高溫的井下環(huán)境中使用鉆頭時(shí)，通常很難監(jiān)控它們的性能。因此，安裝與其中一個(gè)刀具1610的背側(cè)相接觸的集成電路傳感器1616。電子裝置遙感勘測(cè)組件1618耦合到傳感器1616，以獲得傳感器數(shù)據(jù)，并將其無線傳輸?shù)娇梢园惭b在附近的接收機(jī)。可以使用類似的技術(shù)將傳感器添加到滾輪錐形鉆頭上。
可以把傳感器1616配置成測(cè)量溫度、張力、振動(dòng)，和/或與鉆頭性能相關(guān)的其它參數(shù)。可以附加或者可選地設(shè)置傳感器，以監(jiān)控與鉆井液或者圍繞構(gòu)造有關(guān)的參數(shù)。當(dāng)鉆頭變得磨損時(shí)，一個(gè)或者多個(gè)這些參數(shù)的中的變化可能改變鉆頭，這就到了替換鉆頭或者減慢鉆井速度的時(shí)候了。還可以通過由其它技術(shù)(例如，壓電應(yīng)變計(jì))制造的傳感器，使用SiC或者SOS電路來決定測(cè)量值。
圖17示出了鉆井操作期間的典型井。鉆井平臺(tái)1702裝配有支持升降機(jī)1706的井架1704。通常用通過“工具”接頭1707連接在一起以便于形成鉆柱1708的一串鉆桿(drill pipe)，來實(shí)現(xiàn)油和氣體井的鉆孔。升降機(jī)1706懸掛用于通過轉(zhuǎn)臺(tái)1712降低鉆柱1708的方鉆桿(kelly)1710。連接到鉆柱1708下端的是鉆頭1714。通過旋轉(zhuǎn)鉆柱1708或者通過操作鉆頭附近的井下馬達(dá)旋轉(zhuǎn)鉆頭1714。鉆頭1714的旋轉(zhuǎn)延伸了鉆孔。
在高壓和大容量時(shí)，通過使再循環(huán)設(shè)備1716通過輸送管1718、通過鉆井方鉆桿1710和向下通過鉆柱1708來泵出鉆井液，以使其通過鉆頭1714中的噴嘴或者噴射冒出。鉆井液接著經(jīng)由鉆柱1708和鉆孔壁1720的外部之間的環(huán)帶退到孔中，通過防噴器(blowout preventer)(沒有特別示出)，并進(jìn)入到地面上的泥漿池，然后傳送回孔。在地面，對(duì)鉆井液進(jìn)行清洗，并通過再循環(huán)設(shè)備1716進(jìn)行再循環(huán)。鉆井液冷卻鉆頭1714，承載著鉆機(jī)切割表面，并平衡巖石構(gòu)造中的流體靜壓力。
井下的輔助裝置1726可以耦合到與地面通訊的遙感勘測(cè)發(fā)送器1728，以提供遙感勘測(cè)信號(hào)，并接收公共信號(hào)。地面接收機(jī)1730可以耦合到方鉆桿1710，以接收傳輸?shù)倪b感勘測(cè)信號(hào)，并傳輸井下的公共信號(hào)?？蛇x地，地面無線電收發(fā)機(jī)可以耦合到繩索的另一部分或者耦合到鉆柱1708?？梢匝刂@柱設(shè)置一個(gè)或者多個(gè)重復(fù)器模塊1732，以接收和轉(zhuǎn)發(fā)遙感勘測(cè)和指令信號(hào)。地面收發(fā)機(jī)1730耦合到測(cè)井設(shè)備(未示出)，該測(cè)井設(shè)備可以收集、存儲(chǔ)、處理和分析遙感勘測(cè)信息。
圖18示出了電纜測(cè)井操作中的典型井。起重機(jī)1804對(duì)于電纜測(cè)井不是必需的，但是在整個(gè)鉆井過程中通常會(huì)存在。已經(jīng)從鉆孔去除了鉆柱，以允許通過測(cè)井電纜1840將探測(cè)器1838降低到井中。通常，探測(cè)器1838被降低到關(guān)注區(qū)域的底部，并隨后以恒定的速度拉上來。在拉上來的行程中，探測(cè)器1838對(duì)鄰近于探測(cè)器經(jīng)過的鉆孔的構(gòu)造1834進(jìn)行測(cè)量。把測(cè)量數(shù)據(jù)傳遞給測(cè)井設(shè)備1842，用于存儲(chǔ)、處理和分析。在另一個(gè)實(shí)施例中，探測(cè)器可以附著到連續(xù)油管(CT)柱的端部，并通過卷曲油管的井孔移動(dòng)。
在電纜測(cè)井操作期間，井孔可以由在構(gòu)造中平衡壓力和保護(hù)鉆孔的完整性的流體進(jìn)行填充。根據(jù)成本的考慮、環(huán)境和構(gòu)造類型，可以使用多種流體類型。流體可依是水基或者油基的，并通常可以由而外的媒介進(jìn)行調(diào)配，以定制流體密度。然而，有時(shí)候，唯一的流體可以是空氣(例如，在硬巖石的地方)。
把井下的輔助設(shè)備1826和探測(cè)器1838中使用的電子裝置配置成在井下溫度升高時(shí)進(jìn)行工作。因?yàn)殡娮友b置只在鉆孔中駐留有限的時(shí)間，所以通過絕緣、熱吸收材料和/或有源(active)致冷，可以使電子裝置免于遭受升高的溫度。當(dāng)電子裝置直接暴露在具有高于185攝氏度的環(huán)境中時(shí)，這些為升高的溫度工作配置的電子裝置的傳統(tǒng)方法已經(jīng)由于很多電子裝置的不良性能而被推動(dòng)。然而，這些方法大大增加了電子裝置組件的尺寸，并且在有源致冷的情況中，電子組件大大增加了能耗。而且，這些方法還沒有提出用于提供這種電子裝置的方案，即，該電子裝置能夠長(zhǎng)期駐留在井中。這里描述了多個(gè)電子裝置解決方案和應(yīng)用。
圖19示出了在開采過程中的典型井。通過大地已經(jīng)鉆出貫穿儲(chǔ)油層1902的井。該井通常用殼體1904襯里，該殼體1904從井口1906延伸到低于儲(chǔ)油層1902。在殼體1904上打孔1908，其貫穿儲(chǔ)油層，以允許流體流到殼體1904的內(nèi)部。防爆器1910附著到井口1906，用于控制流體和氣體從井流出。在殼體內(nèi)部可以設(shè)置一個(gè)或者多個(gè)開采油管柱1914，以向地面?zhèn)鬏斄黧w和氣體。封隔器1909可以設(shè)置在開采油管1914和殼體1904之間的環(huán)帶上，以隔離井中的不同區(qū)域?？梢栽O(shè)置不同的閥(valve)(沒有特別示出)，以調(diào)節(jié)從井中的不同區(qū)域流入到開采油管中。
通常，構(gòu)造中的流體壓力將足以迫使流體通過開采油管1914達(dá)到地面。另一方面，當(dāng)流體壓力不夠大時(shí)，通常使用人為的提升。圖19的井是配置有用于人為提升的“游梁(walking beam)”的井。在所示的實(shí)施例中，泵體1912固定到開采油管柱1914的下端，并通過防爆器1910降低到浸沒在井底部的流體層(polling)中。把開采油管固定到井口1906。此外，優(yōu)選地，使用標(biāo)準(zhǔn)的井維護(hù)(servicing)技術(shù)將泵體1912錨定在井下。泵活塞(plunger)1916被固定到抽油桿柱(sucker rod string)1918的底部，并通過開采油管柱的內(nèi)部降低，直到它被適當(dāng)?shù)孛芊庠诒皿w1912中。在防爆器1910中的包裝單元(沒有特別示出)密封住抽油桿柱1918和防爆器1910之間的間隙，但是允許油管1914的豎直移動(dòng)。地面泵單元1920往復(fù)移動(dòng)(循環(huán)升高和降低)抽油桿柱1918，由此往復(fù)移動(dòng)泵體1912中的活塞1916?；钊?916的往復(fù)移動(dòng)迫使流體通過開采油管柱1914向上達(dá)到地面。優(yōu)選地，將從開采油管柱1914流出地面的流出物通過固定的流出通道1930傳送到地面上的存儲(chǔ)槽1932。
可以利用測(cè)量多種參數(shù)，例如流速、溫度、壓力、流體特性、伽馬輻射特性等的開采測(cè)井工具記錄開采井。開采記錄可以用測(cè)井電纜或者鋼絲完成。該工具可以使用測(cè)井電纜導(dǎo)體，用于遙感勘測(cè)，或者該工具可以是在延長(zhǎng)的時(shí)間上積累數(shù)據(jù)的“存儲(chǔ)器工具”。
盡管上面已經(jīng)特別描述了鉆井和開采，但是還存在使用井下電子裝置的其它情形。例如，流體注入、構(gòu)造破裂、地震圖和長(zhǎng)時(shí)間的監(jiān)控對(duì)于井下電子裝置的使用也是適當(dāng)?shù)那樾?。?yīng)用在這些變化的情形中已經(jīng)提出或建議的各種裝置必須滿足不同的需求，其中包括高溫可操作性、可靠性、延長(zhǎng)的工作壽命、尺寸限制、功率限制和堅(jiān)固性。在每次使用中，測(cè)井電纜裝置通常運(yùn)行3到30個(gè)小時(shí)之間。測(cè)井-同時(shí)-鉆井(LWD)通常運(yùn)行在2天到2個(gè)星期之間。存儲(chǔ)器裝置可以從幾天運(yùn)行到幾個(gè)月。持久安裝的監(jiān)控系統(tǒng)可以從3年運(yùn)行到10年或者更長(zhǎng)。在每種情況中，改善用于高溫操作的電子裝置的適用性將增長(zhǎng)工作壽命并延長(zhǎng)不維護(hù)而能夠重新使用該裝置的時(shí)間周期。用于高溫操作的電子裝置的適用性還有益于可靠性和堅(jiān)固性，并可能進(jìn)一步降低或者消除對(duì)制冷設(shè)備的空間或者功率的需要。
所需的是提供在高溫下長(zhǎng)時(shí)間駐留在井中的電子裝置和控制。在開采井中，該電子裝置可以感知流體類型、流體速度、壓力、溫度和其它參數(shù)?？梢蕴峁╇娮涌刂疲哉{(diào)節(jié)來自構(gòu)造的不同區(qū)域的流動(dòng)，或者控制人為提升參數(shù)，例如氣體注入速度、流體加熱能量或者抽吸速度。在測(cè)試井中，該電子裝置可以包括地震能量傳感器，用于儲(chǔ)油層繪圖和監(jiān)控。
使用上述的SOS或者SiC晶體管、基礎(chǔ)電子電路，例如反相器、模數(shù)變換器、數(shù)模變換器、振蕩器、參考電壓、運(yùn)算放大器和數(shù)字邏輯門可以在高溫下(例如超過200攝氏度)運(yùn)行于延長(zhǎng)的時(shí)間周期。可以實(shí)施這些基礎(chǔ)電子電路以構(gòu)成電子裝置，該電子裝置允許工具感知、處理和存儲(chǔ)如上所述的工具組件特性和環(huán)境特性。可以實(shí)施感知、處理和存儲(chǔ)特性的電子裝置的一些例子包括反熔斷(anti-fuse)存儲(chǔ)器、狀態(tài)機(jī)構(gòu)、浮點(diǎn)多-到-多(floatingpoly-to-poly)存儲(chǔ)器、微處理器、微機(jī)械電子系統(tǒng)(MEMS)、標(biāo)記傳感器、DC/DC電壓變換器、數(shù)字存儲(chǔ)器、模擬存儲(chǔ)器、片上變壓器、片上電感器、片上電容器、片上電阻器、可編程邏輯器件(PLD)、混頻器、開關(guān)、充電泵和其它器件。此外，通過在襯底上放置磁耦合的導(dǎo)電環(huán)(conductive loop)(例如，覆蓋在第二載流螺線(spiral)上的一個(gè)載流螺線)可以制造片上變壓器。片上電感器可以由在襯底上連續(xù)的導(dǎo)電環(huán)或者長(zhǎng)導(dǎo)體制造。片上電容器可以由具有較大柵極的金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管制造?？蛇x地，片上電容器可以由襯底上的緊密間隔的金屬層制造。片上電阻器可以由具有適當(dāng)溝道電阻的偏置晶體管制造。
圖20示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的方法220。如圖20所示，方法220可以開始(塊222)和移動(dòng)，以在碳化硅襯底上形成集成電路(塊224)。然后，厚鈍化層可以沉積在集成電路上(塊226)，并由此可以結(jié)束方法220(塊228)。
圖21示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的另一個(gè)方法230。如圖21所示，該方法230可以開始(塊232)并移動(dòng)，以在藍(lán)寶石襯底上形成集成電路(塊234)。然后厚鈍化層可以沉積在集成電路上(塊236)，并由此可以結(jié)束方法230(塊238)。圖20和21的集成電路可以是例如振蕩器、邏輯門、比較器、模數(shù)變換器、采樣和保持電路、充電耦合延遲線和運(yùn)算放大器。圖20和21的厚鈍化層可以是例如氮化層或者氧化物層。
一旦完全理解上述公開的內(nèi)容，各種變形和改變對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員將是顯而易見的。例如，所公開的發(fā)明實(shí)施例可以應(yīng)用在與井不相關(guān)的高溫環(huán)境中。例如，可以使用所公開的實(shí)施例用于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)監(jiān)控、噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)控制、熱驅(qū)動(dòng)發(fā)電、材料處理和烤箱控制。另外，通過簡(jiǎn)單地用尖晶石替代藍(lán)寶石襯底，這里涉及的藍(lán)寶石上硅技術(shù)的方法還可以應(yīng)用于尖晶石上硅(silicon on spinel)技術(shù)。所希望的是下述的權(quán)利要求意圖包含所有的這種變形和改變。
權(quán)利要求
1.一種可工作在高溫的電子裝置，該裝置包括在碳化硅襯底上制造的集成電路；和厚于約2微米的鈍化層。
2.如權(quán)利要求1所述的電子裝置，其中，所述鈍化層包括氮化物層。
3.如權(quán)利要求1所述的電子裝置，還包括圍繞部分集成電路的保護(hù)環(huán)。
4.如權(quán)利要求1所述的電子裝置，還包括沿著與所述集成電路有關(guān)的管芯的外圍的密封環(huán)。
5.如權(quán)利要求4所述的電子裝置，其中，所述密封環(huán)的寬度是管芯之間切割道寬度的至少大約兩倍。
6.如權(quán)利要求1所述的電子裝置，其中，所述集成電路包括金屬互聯(lián)，當(dāng)所述集成電路在高溫工作時(shí)，所述金屬互聯(lián)把電流密度限制成低于預(yù)定水平。
7.如權(quán)利要求6所述的電子裝置，其中，所述預(yù)定值是大約104A/cm2。
8.如權(quán)利要求1所述的電子裝置，其中，把所述集成電路配置成工作在超過大約100MHz的時(shí)鐘頻率處。
9.如權(quán)利要求1所述的電子裝置，其中，所述電子裝置被布置在具有大于大約200攝氏度的環(huán)境溫度的區(qū)域內(nèi)，其中，所述電子裝置被配置成布置在所述區(qū)域中的同時(shí)連續(xù)工作，用于超過一個(gè)星期的長(zhǎng)時(shí)間。
10.如權(quán)利要求1所述的電子裝置，其中，所述集成電路包括至少一個(gè)選自組中的電路，所述組包括振蕩器、邏輯門、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、數(shù)模轉(zhuǎn)換器、采樣和保持電路、充電耦合延遲線和運(yùn)算放大器。
11.如權(quán)利要求10所述的電子裝置，其中，至少一個(gè)電路被配置成用于組的單元中，所述組包括反熔斷存儲(chǔ)器、狀態(tài)機(jī)構(gòu)、浮點(diǎn)多-到-多存儲(chǔ)器、微處理器、微機(jī)械電子系統(tǒng)MEMS、標(biāo)記傳感器、DC/DC電壓變換器、數(shù)字存儲(chǔ)器、模擬存儲(chǔ)器、片上變壓器、片上電感器、片上電容器、片上電阻器、可編程邏輯器件PLD、混頻器、開關(guān)和充電泵。
12.如權(quán)利要求1所述的電子裝置，其中，配置在鉆頭中使用的所述電子裝置，所述鉆頭包括旋轉(zhuǎn)基座；和安裝在所述旋轉(zhuǎn)基座中的刀具，其中，所述電子裝置被安裝在至少一個(gè)所述刀具附近，并被配置成檢測(cè)所述鉆頭的工作參數(shù)。
13.如權(quán)利要求1所述的電子裝置，其中，把所述電子裝置配置成在多芯片模塊中使用，以及其中，把布置在所述多芯片模塊中的Peltier冷卻器配置成間斷地冷卻所述電子裝置。
14.如權(quán)利要求1所述的電子裝置，其中，把所述電子裝置配置成在具有管芯的混合電路中使用，所述管芯被限制成計(jì)算混合電路的最佳成本的尺寸限制，并且其中，每個(gè)管芯承載是較大集成電路的分區(qū)部分的集成電路。
15.如權(quán)利要求1所述的電子裝置，其中，配置在微機(jī)械電子系統(tǒng)MEMS結(jié)構(gòu)中使用的所述電子裝置，所述MEMS結(jié)構(gòu)作為傳感器進(jìn)行工作，所述傳感器選自包括加速計(jì)、壓力傳感器、陀螺儀、溫度傳感器和熱陣列的組。
16.如權(quán)利要求1所述的電子裝置，其中，配置在標(biāo)記裝置中使用的所述電子裝置，所述標(biāo)記裝置包括非易失性存儲(chǔ)器；和片上天線，其可被配置成無線傳輸存儲(chǔ)在所述易失性存儲(chǔ)器中的信息。
17.一種可工作在高溫的電子裝置，所述裝置包括制造在藍(lán)寶石襯底上的集成電路；和厚于約2微米的鈍化層。
18.如權(quán)利要求17所述的電子裝置，其中，所述鈍化層包括氮化物層。
19.如權(quán)利要求17所述的電子裝置，還包括圍繞部分所述集成電路的保護(hù)環(huán)。
20.如權(quán)利要求17所述的電子裝置，還包括圍繞所述集成電路的密封環(huán)。
21.如權(quán)利要求20所述的電子裝置，其中，所述密封環(huán)的寬度大于管芯之間切割道寬度的大約兩倍。
22.如權(quán)利要求17所述的電子裝置，其中，所述集成電路包括金屬互聯(lián)，當(dāng)所述集成電路工作在高溫時(shí)，所述金屬互聯(lián)把電流密度限制成低于預(yù)定值。
23.如權(quán)利要求22所述的電子裝置，其中，所述預(yù)定值是大約104A/cm2。
24.如權(quán)利要求1 7所述的電子裝置，其中，把所述集成電路配置成工作在超過大約100MHz的時(shí)鐘頻率。
25.如權(quán)利要求17所述的電子裝置，其中，所述電子裝置被布置在具有大于大約200攝氏度的環(huán)境溫度的區(qū)域內(nèi)，其中，把所述電子裝置配置成布置在所述區(qū)域中的同時(shí)連續(xù)工作，用于超過一個(gè)星期的長(zhǎng)時(shí)間。
26.如權(quán)利要求17所述的電子裝置，其中，所述集成電路包括選自組中的至少一個(gè)電路，所述組包括振蕩器、邏輯門、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、數(shù)模轉(zhuǎn)換器、采樣和保持電路、充電耦合延遲線和運(yùn)算放大器。
27.如權(quán)利要求17所述的電子裝置，其中，把所述電路裝置配置成用于組中的單元，所述組包括反熔斷存儲(chǔ)器、狀態(tài)機(jī)構(gòu)、浮點(diǎn)多-到-多存儲(chǔ)器、微處理器、微機(jī)械電子系統(tǒng)MEMS、標(biāo)記傳感器、DC/DC電壓變換器、數(shù)字存儲(chǔ)器、模擬存儲(chǔ)器、片上變壓器、片上電感器、片上電容器、片上電阻器、可編程邏輯器件PLD、混頻器、開關(guān)和充電泵。
28.如權(quán)利要求17所述的電子裝置，其中，配置在鉆頭中使用的所述電子裝置，所述鉆頭包括旋轉(zhuǎn)基座；和安裝在旋轉(zhuǎn)基座中的刀具，其中，所述電子裝置被安裝在至少一個(gè)所述刀具附近，并被配置成檢測(cè)所述鉆頭的工作參數(shù)。
29.如權(quán)利要求17所述的電子裝置，其中，把所述電子裝置配置成在多芯片模塊中使用，以及其中，配置布置在所述多芯片模塊中的Peltier冷卻器，以間斷地冷卻所述裝置。
30.如權(quán)利要求17所述的電子裝置，其中，配置在具有管芯的混合電路中使用的所述電子裝置，把所述管芯限制到計(jì)算混合電路的最佳成本的尺寸限制，并且其中，每個(gè)管芯承載是較大集成電路的分區(qū)部分的集成電路。
31.如權(quán)利要求17所述的電子裝置，其中，配置在微機(jī)械電子系統(tǒng)MEMS結(jié)構(gòu)中使用的所述電子裝置，所述MEMS結(jié)構(gòu)作為傳感器進(jìn)行工作，所述傳感器選自包括加速計(jì)、壓力傳感器、陀螺儀、溫度傳感器和熱陣列的組。
32.如權(quán)利要求17所述的電子裝置，其中，配置在標(biāo)記裝置中使用的所述電子裝置，所述標(biāo)記裝置包括非易失性存儲(chǔ)器；和片上天線，其可配置成無線傳輸存儲(chǔ)在所述易失性存儲(chǔ)器中的信息。
33.一種方法，其包括在碳化硅襯底上形成集成電路；和在所述集成電路上沉積鈍化層，其中，所述鈍化層至少是大約2微米厚。
34.如權(quán)利要求33所述的方法，其中，所述集成電路包括選自組的的電路，所述組包括振蕩器、邏輯門、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、采樣和保持電路、充電耦合延遲線和運(yùn)算放大器。
35.一種方法，其包括在藍(lán)寶石硅襯底上形成集成電路；和在所述集成電路上沉積鈍化層，其中，所述鈍化層至少是大約2微米厚。
36.如權(quán)利要求35所述的方法，其中，所述鈍化層是氮化物層和氧化物層中的一種。
37.一種高溫電路制造的方法，所述方法包括計(jì)算用于每個(gè)多芯片組的制造成本，所述多芯片組在藍(lán)寶石上硅SOS或者碳化硅SiC上實(shí)現(xiàn)電路設(shè)計(jì)，所述芯片組具有一個(gè)或者多個(gè)集成電路管芯；由所述的多芯片組識(shí)別最小成本芯片組；和制造所述最小成本芯片組。
38.如權(quán)利要求37所述的方法，其中，所述計(jì)算包括把最初的電路設(shè)計(jì)分區(qū)成增加數(shù)量的芯片；和確定用于未分區(qū)的電路設(shè)計(jì)和用于一個(gè)或者多個(gè)分區(qū)電路設(shè)計(jì)的制造成本，其中，當(dāng)用于設(shè)計(jì)具有更多數(shù)量的芯片的制造成本超過設(shè)計(jì)具有較少數(shù)量的芯片的制造成本時(shí)，確定最小成本芯片組。
39.如權(quán)利要求37所述的方法，其中，所述制造成本包括對(duì)芯片組的每個(gè)芯片的封裝成本。
40.根據(jù)權(quán)利要求39所述的方法，其中，所述制造成本還包括，對(duì)于芯片組中的每個(gè)管芯，晶片制造成本除以每個(gè)晶片的無故障管芯的平均數(shù)量。
41.如權(quán)利要求40所述的方法，其中，所述平均數(shù)是基于故障密度和有源管芯面積的估計(jì)。
42.如權(quán)利要求37所述的方法，其中，僅以SOS實(shí)現(xiàn)所述電路設(shè)計(jì)。
43.如權(quán)利要求37所述的方法，其中，僅以SiC實(shí)現(xiàn)所述電路設(shè)計(jì)。
44.一種標(biāo)記裝置，其包括藍(lán)寶石襯底；和天線，其被制造在藍(lán)寶石襯底上并可以配置成無線傳輸信息。
45.如權(quán)利要求44所述的裝置，還包括制造在所述藍(lán)寶石襯底上的非易失性存儲(chǔ)器。
46.如權(quán)利要求44所述的裝置，還包括制造在所述藍(lán)寶石襯底上的傳感器。
47.如權(quán)利要求44所述的裝置，還包括制造在所述藍(lán)寶石襯底上的無線電收發(fā)機(jī)模塊，其中，把所述無線電收發(fā)機(jī)模塊配置成檢測(cè)傳輸?shù)剿鰳?biāo)記裝置的指令，并進(jìn)一步配置成通過所述天線響應(yīng)所述指令。
48.如權(quán)利要求44所述的裝置，還包括制造在所述藍(lán)寶石襯底上的電源電路，其中，將所述電源電路配置成利用由高頻電磁信號(hào)獲得的電力給其它裝置組件供電。
49.一種標(biāo)記裝置，其包括SiC襯底；和天線，其制造在所述SiC襯底上并可配置成無線傳輸信息。
50.如權(quán)利要求49所述的裝置，還包括制造在所述SiC襯底上的非易失性存儲(chǔ)器。
51.如權(quán)利要求49所述的裝置，還包括制造在所述SiC襯底上的傳感器。
52.如權(quán)利要求49所述的裝置，還包括制造在所述SiC襯底上的無線電收發(fā)機(jī)模塊，其中，把所述無線電收發(fā)機(jī)模塊配置成檢測(cè)傳輸?shù)剿鰳?biāo)記裝置的指令，并進(jìn)一步配置成通過所述天線響應(yīng)所述指令。
53.如權(quán)利要求49所述的裝置，還包括制造在所述SiC襯底上的電源電路，其中，把所述電源電路配置成利用由高頻電磁信號(hào)獲得的電力給其它裝置組件供電。
54.一種電子裝置，其包括藍(lán)寶石襯底；和制造在所述藍(lán)寶石襯底上的環(huán)形振蕩器。
55.如權(quán)利要求54所述的裝置，其中，把所述環(huán)形振蕩器配置成產(chǎn)生具有表示環(huán)境參數(shù)的頻率的振蕩信號(hào)。
56.如權(quán)利要求55所述的裝置，其中，所述環(huán)境參數(shù)是溫度。
57.如權(quán)利要求55所述的裝置，還包括耦合到所述環(huán)形振蕩器并配置成傳輸所述振蕩信號(hào)的天線。
58.一種電子裝置，其包括SiC襯底；和制造在所述SiC襯底上的環(huán)形振蕩器。
59.如權(quán)利要求58所述的裝置，其中，把所述環(huán)形振蕩器配置成產(chǎn)生具有表示環(huán)境參數(shù)的頻率的振蕩信號(hào)。
60.如權(quán)利要求59所述的裝置，其中，所述環(huán)境參數(shù)是溫度。
61.如權(quán)利要求59所述的裝置，還包括耦合到所述環(huán)形振蕩器并配置成傳輸所述振蕩信號(hào)的天線。
全文摘要
在至少一些實(shí)施例中，適合在超過200℃的溫度處使用的電子裝置可以包括制造在碳化硅襯底上的集成電路，以及厚鈍化層。在其它的實(shí)施例中，適合在超過200℃的溫度處使用的電子裝置可以包括由位于藍(lán)寶石襯底上的硅形成的集成電路，以及厚鈍化層。該電子裝置可以在碳?xì)浠衔镢@井和開采操作的情形中實(shí)施。
文檔編號(hào)G01V3/08GK101095239SQ200480033779
公開日2007年12月26日 申請(qǐng)日期2004年11月18日 優(yōu)先權(quán)日2003年11月18日
發(fā)明者P·F·羅德尼, J·E·馬西諾, C·A·戈拉, R·L·舒爾茨, J·J·弗雷曼 申請(qǐng)人:哈利伯頓能源服務(wù)公司