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岭东信息港 2020-07-08 450 10

半导体材料压力传感器基本原理_半导体材料压力传感器构造

半导体材料可分成两大类,一类是依据半导体材料PN结(或肖特基结)在地应力功效下,I-υ特点产生变化的基本原理做成的各种各样压敏二极管或晶体三极管。这类工作压力光敏电阻器的特性很不稳定,未获得非常大的发展趋势。另一类是依据半导体材料压阻效用组成的感应器,它是半导体材料压力传感器的关键种类。初期大多数是将半导体材料电阻应变片黏贴在隔振器上,做成各种各样地应力和应变力的检测仪器。六十年代,伴随着半导体材料集成电路芯片技术性的发展趋势,出現了由外扩散电阻器做为压阻元器件的半导体材料压力传感器。这类压力传感器构造简易靠谱,沒有相对速度构件,感应器的工作压力光敏电阻器和隔振器合为一体,免去了机械设备落后和应力松弛,提升了感应器的特性。
半导体材料的压阻效用 半导体材料具备一种与外力作用相关的特点,即电阻(以标记ρ表明)随所承担的地应力而更改,称之为压阻效用。企业地应力功效下所造成的电阻的相对性转变,称之为压阻指数,以标记π表明。以数学课式表明为墹ρ/ρ=πσ
式中σ表明地应力。半导体材料电阻器承担地应力时需造成的阻值的转变(墹R/R),关键由电阻的转变所决策,因此所述压阻效用的关系式也可写出墹R/R=πσ
在外力下,半导体材料结晶中造成一定的地应力(σ)和应变力(ε),他们中间的内在联系,由原材料的杨氏模量(Y)决策,即Y=σ/ε
若以半导体所承担的应变力来表明压阻效用,则是墹R/R=Gε
G称之为压力传感器的灵巧因素,它表明在企业应变力下所造成的阻值的相对性转变。
压阻指数或灵巧因素是半导体材料压阻效用的基础物理学主要参数。他们中间的关联如同地应力与应变力中间的关联一样,由原材料的杨氏模量决策,即G=πY
因为半导体材料结晶在延展性上各种各样,杨氏模量和压阻指数随晶向而更改。半导体材料压阻效用的尺寸,还与半导体材料的电阻紧密相关,电阻越低灵巧因素的标值越小。外扩散电阻器的压阻效用由外扩散电阻器的结晶趋向和杂质浓度决策。杂质浓度关键就是指外扩散层的表层杂质浓度。
半导体材料压力传感器构造
常见的半导体材料压力传感器采用N型硅单晶做为衬底。先把硅单晶做成一定几何图形样子的延展性承受力构件,在这里硅单晶的承受力位置,沿不一样的晶向制做四个P型外扩散电阻器,随后用这四个电阻器组成四臂惠斯登电桥,在外力下阻值的转变就变为电子信号輸出。这一具备工作压力效用的惠斯登电桥是压力传感器的心血管,一般 称之为压阻电桥电路(图1)。压阻电桥电路的特性是:①电桥电路四臂的阻值相同(均为R0);②电桥电路邻近臂的压阻效用标值相同、标记反过来;③电桥电路四臂的电阻器温度系数同样,又自始至终处在同一溫度下。图上R0为室内温度下无地应力时的阻值;墹RT为溫度转变时由电阻器温度系数(α)所造成的转变;墹Rδ为承担应变力(ε)时造成的阻值转变;电桥电路的输出电压为u=I0墹Rδ=I0RGδ (直流电源电桥电路)
半导体材料压力传感器基本原理_半导体材料压力传感器构造
式中I0为直流电源电流量,E为恒压源工作电压。压阻电桥电路的输出电压立即与应变力(ε)正比,与电阻器温度系数造成的RT不相干,这使感应器的溫度飘移大大的减少。半导体材料压力传感器中运用最广的是一种检验流体力学工作压力的感应器。其关键构造是所有由单晶硅原材料组成的膜盒(图2)。脉冲阻尼器做成杯状,杯内是承担外力作用的一部分,工作压力电桥电路就制做在杯内上边。用一样的硅单晶原材料做成圆环图台座,随后把脉冲阻尼器粘接在台座上。这类具备敏感度高、体型小、固体化等优势,已在航空公司、宇宙航行、仪器仪表和医疗设备等层面获得广泛运用。

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