Меню
Главная
Авторизация/Регистрация
 
Главная arrow Техника arrow ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ ТЕХНИКА И ЭЛЕКТРОНИКА. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ НЕЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН
Посмотреть оригинал

Первичные тензопреобразователн

Полупроводниковые приборы, работа которых основана на тензоэффек- те, можно назвать первичными тензопреобразователями [2].Самым простым первичным тензопреобразователем является полупроводниковый тензорезистор. Он может быть выполнен в виде стержня из полупроводника с омическими контактами на концах. Номинал сопротивления тензорезистора задается технологически, путем соответствующего уровня легирования полупроводника. Как правило, размеры тензорезистора не превышают по длине и ширине нескольких миллиметров, а по толщине - десятых долей миллиметра. Тензорезистор закрепляют на пластине так, как это представлено на рис.21 . Закрепление зачастую осуществляется приклеиванием специально подобранными компаундами и клеями. Сама операция приклеивания достаточно трудоемкая, а качество ее выполнения зависит от квалификации специалиста, который ее производит [3]. Деформация создается силой F, действующей на свободный конец пластины.

Для оценки изменения сопротивления тензорезистора при деформации пользуются коэффициентом тензочувствительности по сопротивлению т:

Он представляет собой отношение относительного изменения сопротивления к относительной деформации в данном направлении (?- размер полупроводника в направлении деформации).

Для уменьшения влияния температуры на величину сопротивления тен- зорезисторы обычно изготавливаются из примесных полупроводников, в которых концентрация основных носителей равна концентрации примесей и не зависит от деформации. Поэтому изменение сопротивления при деформации определяется только изменением подвижности.

Коэффициент тензочувствительности для германия и кремния имеет наибольшее значение порядка 140... 175. Большой тензочувствительностью обладают также полупроводниковые соединения GaSb, InSb, РЬТе и др.

Для компенсации зависимости сопротивления от температуры часто в плече измерительного моста используются два тензорезистора с одинаковым температурным коэффициентом. Тензопреобразователем является только один резистор, а второй служит для компенсации температурного изменения величины сопротивления первого.

Как правило, тензорезистор используется в качестве одного из резисторов в мосте Уитстона. При этом на выходе моста получают зависимость из выходного напряжения от величины прилагаемой силы или давления.

Тензорезистор является пассивным полупроводниковым прибором или пассивным тензоэлементом. Гораздо привлекательнее использование в качестве первичных тензопреобразовагелей активных полупроводниковых приборов - диодов на основе различных переходов и барьеров Шотки, полевых и биполярных транзисторов.

Тензодиоды. Так как от деформации зависит только подвижность носителей заряда и ширина запрещенной зоны, то для получения максимальной тензочувствительности необходимо, чтобы при увеличении ширины запрещенной зоны величина подвижности уменьшалась, и наоборот [4]. Такое согласование нельзя получить в р-п-переходах. Например, в кремнии величина ширины запрещенной зоны при сжатии уменьшается, подвижность электронов увеличивается, а дырок уменьшается. Следовательно, в качестве базы диода необходимо выбирать полупроводник, в котором неосновные носители - электроны, т.е. полупроводник p-типа, а значит, переход n-p-типа (рис. 22).

Вследствие большей зависимости тока от подвижности тснзочувстви- тельность диода с короткой базой выше, чем с длинной.

Для структуры тензодиодов существенное значение имеет ориентация плоскости р-п-иерехода. Например, в структуре при использовании германия максимальная тензочувствительность может быть получена, если плоскость р-п-перехода совпадает с плоскостью fill], так как изменения ширины запрещенной зоны и при небольших деформациях максимальны в направлении [111]. Однако недостатком такого датчика является то, что при сжатии ток через р-п-переход при малых давлениях уменьшается, а при больших - увеличивается. При ориентации же р-п-перехода в плоскости [100] чувствительность меньше, но ток непрерывно уменьшается с ростом давления. Тензоди- од можно включать и при прямом, и при обратном смещении, так как в обоих случаях ток пропорционален току насыщения .

Преимуществом тензодиодов перед тснзорсзисторами является их более высокая чувствительность, а также возможность измерения деформаций при всестороннем сжатии.

Биполярные транзисторы. Влияние деформации на характеристики биполярного транзистора можно получить при воздействии деформации на эмиттерный или коллекторный р-п-передходы, что влияет на коэффициент передачи по току. Чувствительный к давлению транзистор получил название "питран" [5]. В "питране" слой эмиттер-база механически связан с воспринимающей давление мембраной.

Деформация тензотранзисторов осуществляется такими же методами, что и р-п-переходов. Так как максимальная тензочувствительность достигается при точечной деформации, то деформируемый р-п-переход можно сделать состоящим из множества выступов. Аналогичного результата можно добиться, если деформируемую поверхность р-п-перехода сделать неровной за счет се глубокой шлифовки.

В специально сконструированном тензотранзисторе оптимальным выбором параметров всегда можно получить большее значение тензочувствительности, чем у р-п-переходов.

Полевые транзисторы с р-п-переходом. При деформации канала полевого транзистора с р-п-переходом происходит изменение подвижности носителей заряда и соответствующее изменение величины сопротивления канала

RK.

В режиме постоянного напряжения на затворе U3 и стоке UCT изменение сопротивления канала ничем не отличается от аналогичного изменения сопротивления обычного тензорезистора, поэтому значение будет таким же.

В режиме постоянных 1ст и U3, например U3=0 (затвор замкнут с истоком), обратное напряжение на р-п-переходе равно Upn=UCr=IciЕсли при деформации Rk увеличивается, это приводит к росту Upn. Из-за увеличения Upn происходит сужение канала и дополнительное увличение RK. В данном случае величина Цт увеличивается на большую величину, чем при изменении RK только за счет изменения, т.е. тензочувствительность увеличивается.

Тснзочувствитслыюсть полевого транзистора с р-п-переходом нс выше, чем у биполярного.

МДП-транзисторы. Влияние деформации на характеристики МДП- транзистора, работающего в режиме постоянных напряжений стока и затвора или постоянных напряжений затвора и тока стока, аналогично отмеченному выше, если не учитывать изменения свойств диэлектрика и заряда на поверхностных состояниях. Использование последних двух эффектов позволяет значительно увеличить тензочувствительность МДП-транзисторов.

Выходной характеристикой полевого МДП-транзистора может быть зависимость тока стока от приложенной нагрузки.

Несмотря на очевидные преимущества активных тензоэлементов наибольшее применение нашли тензопреобразователи на основе тензорезисторов прежде всего за счет простой технологии изготовления и, соответственно, дешевизны приборов.

 
Посмотреть оригинал
Если Вы заметили ошибку в тексте выделите слово и нажмите Shift + Enter
< Предыдущая   СОДЕРЖАНИЕ   Следующая >
 

Популярные страницы