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半导体压力传感器的结构简单可靠

时间:2022-03-07 点击次数:

压力传感器广泛应用于生活中,如一些停车场系统。为了提高人们对压力传感器的理解,本文将先容半导体压力传感器,通过本文,您将了解压力传感器和压力传感器的结构,如果您对压力传感器感兴趣,请关注大家太阳集团5493con站点资讯栏目。


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一般来讲半导体压力传感器可分为两类,一类是根据半导体PN结(或肖特基结)变化的原理制成的各种压敏二极管或晶体管,压敏元件的性能非常不稳定,所以发展用途不大,另一种是由半导体压力阻力效应组成的传感器,是半导体压力传感器的主要品种,在早期阶段,半导体应变片主要粘贴在弹性元件上,制成各种应力和应变测量仪器。随着半导体集成电路技术的发展,扩散电阻作为压力阻力元件出现在半导体压力传感器上。压力传感器结构简单可靠,无相对运动部件。传感器的压敏元件与弹性元件相结合,消除了机械滞后和蠕变,提高了传感器的性能。

电阻管半导体具有电阻特性和外力,即电阻特性和外力的变化,称为电阻效应,单位应力作用下产生的电阻率的相对变化称为电阻系数,表示为符π。数学表示+/=π。

半导体电阻承受应力时产生的电阻值的变化主要取决于电阻率的变化,因此上述压阻效应的表达式也可以写为R/R=π。

在外力作用下,由材料的杨氏模量(Y)决定的半导体晶体产生一定的应力(∞)和应变(δ),即Y=∞/δ。

如果用半导体承受的应变表示压阻效应,/R=Gδ。

G称为压力传感器的敏感因子,表示单位应变下产生的电阻值的相对变化。

压阻系数或敏感因子是半导体压阻效应的基本物理参数,它们之间的关系就像应力和应变之间的关系,由材料的模量量决定,即G=πY。

由于半导体晶体的弹性,场的模量和压力阻力系数随晶体的方向而变化,半导体压力阻力效应的大小也与半导体的电阻率密切相关,电阻率越低,灵敏因子的值就越小,扩散电阻的压力阻力效应由扩散电阻的晶体方向和杂质浓度决定,杂质浓度主要是指扩散层的表面杂质浓度。

常用的半压力传感器选择N型硅片作为基板。首先,将硅片制成具有几何形状的弹性部件,在硅片的应力部分,沿不同的晶体制作四个P扩散电阻,然后将四个电阻变成四臂等电桥,电阻变成电信输出,这种具有压力效应的电桥是压力传感器的心脏,通常称为压力阻力桥。压力阻力桥的特点是:四臂的电阻值相等(均为R0);相邻臂的压力阻力效应值相等,符号相反;四臂的电阻温度系数相同,始终处于相同的温度下,其中的R为室温下无应力的电阻值;电阻温度系数(α)引起的变化;电阻值变化引起的电阻值变化;电桥输出电压为u=I0RG)

I0为恒流源电流,E为恒压源电压,压力阻力桥的输出电压直接与应变(δ)成正比,与电阻温度系数引起的RT无关,大大降低了传感器的温度漂移,半导体压力传感器是检测流体压力最广泛的传感器,其主要结构是由单晶硅材料组成的膜盒,薄膜形成杯状,杯底为外力部分,杯底采用压力桥,用相同的硅单晶材料制圆形座椅,然后将薄膜粘在座椅上,压力传感器具有灵敏度高、体积小、固体化等优点,已广泛应用于航空、宇宙飞行、自动化仪器和医疗仪器。


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