SU777757A1 - Semiconductor pressure transducer - Google Patents

Description

ложки -ИЛИ у.вел.кчени  удельного сопротивлени  полулроводиика. Одна.ко, путь ограничен 1возмож,ност м,и .совремевной технологии и ме а1Еической прочностью ма терлала подложки, а -второй .привод т к неприемлемому ухудшению температурной стабильности Выходного сигнала.spoons —OR a .welled. resistivity of semi-conductor. However, the path is limited by 1power, noise, and modern technology and the mechanical strength of the substrate mater, and the second leads to an unacceptable deterioration in the temperature stability of the output signal.

Целью изобретени   вл етс  повььшение чувствительности лри одноБремениом сохраденЕИ температурной стабильности выходного сигнала.The aim of the invention is to increase the sensitivity of the one-time storage of the temperature stability of the output signal.

Цель достигаетс  тем, что поверхность подложжи выполнена с выступа-м,и, выт нутыми в направлении, перпеидикул риом лаправлению максимальной тензочувствительиости полупроводника и имеюп.1;ими высот) 0,1-1,0 Л1 -1, при этом отношение высоты выступа к сло  полупроводника составл ет 1 : (1-10).The goal is achieved by the fact that the surface of the substrate is made with protrusions, and elongated in the direction perpendicular to the direction of the maximum sensitivity of the semiconductor and have a p.1; they height) 0.1-1.0 L1 -1, while the ratio of the height of the protrusion to the semiconductor layer is 1: (1-10).

На фиг. 1 схематично стредставлена одна «3 возможных .конструкций преобразовател  балочиого типа в разрезе; на фиг. 2 - то же, вид сверху, иа фиг. 3 - одиа ,из возможных ;ко.нстру|Кций преобразовател  мем б1ранного типа, в разрезе, на фиг. 4 - то же, вид сверху.FIG. 1 schematically one “3 possible transducer transducer types in the section; in fig. 2 is the same, top view, and FIG. 3 - one of the possible; com.nstru | cc transducer of the mem brane of the type of a membrane, in section, FIG. 4 - the same, top view.

На диэлектрической подложке /, котора  представл ет собой балку и может б-ыть выполнена, например, из сапфира, ,и ориентироваиной в плоскости (10-1,2), на одной стороне сформированы выступы 2, внешние углы которых выполн ют роль |Ступенек. На поверхности подложки 1 с выступами 2 раслоложен сплошной слой кремни  3, ориентированный в плоскости (100). Направление максимальной тензочувствительности .сло  (кр-амни  ( 110 } пок-азано на фиг. 2 стрелками. На кремН1иевом слое, повтор ющем нрОф ль подложки, размеш;ены амичеокие контакты 4, причем одна ,из пар контактов расположена вблизи места креплени  подложной / к основанию 5, а другие - вдоль  одложки в Области воздействи  на нее Механической нагрузки.On the dielectric substrate /, which is a beam and can be made, for example, of sapphire, and oriented in the plane (10-1,2), protrusions 2 are formed on one side, the outer corners of which perform the role of . On the surface of the substrate 1 with the protrusions 2 there is a continuous layer of silicon 3 oriented in the (100) plane. The direction of the maximum stress sensitivity is the layer (cr-amni (110} shown by arrows in Fig. 2). On the silicon layer, which repeats the substrate of the substrate, there are four chemical contacts 4, and one of the contact pairs is located near the place of attachment of the counterfeit / to the base 5, and others - along the table in the area of impact on it of the mechanical load.

Преобразо1ватель мембранного типа изображен на ф,иг. 3 и 4.A membrane-type converter is depicted on f, ig. 3 and 4.

В сапфировой подложке / сфор-мирована полость 6 пр моугольной формы с закругленными углами-. Поаредине полости 6 имеетс  концентратор механических напр жений 7. Контуры полости и концентратора напр жений показаны на фиг. 4 пунктиром. Дно полости служит мембраной, восприним-ающей измер емое давление. На поверхнОСти подложки, противоположной полости, выполнены выступы 2, внеш1ние углы которых служат ступеньками. На этой поверхности нанесен слой кремни  3, повтор ющий профиль ПОДЛОЖ1КИ, и две пары ом-ических контактов 4. Направление максимальной тензочувствительности показано на фиг. 4 стрелками.In a sapphire substrate / cavity, a rectangular-shaped cavity 6 is formed with rounded corners -. In the middle of cavity 6 there is a mechanical stress concentrator 7. The contours of the cavity and the stress concentrator are shown in FIG. 4 dotted line. The bottom of the cavity serves as a membrane that perceives the measured pressure. On the surface of the substrate, opposite the cavity, protrusions 2 are made, the outer corners of which serve as steps. A layer of silicon 3 is applied on this surface, which repeats the profile of the SUPPORT, and two pairs of ohmic contacts 4. The direction of maximum strain sensitivity is shown in FIG. 4 arrows.

Работает преобразователь балочного тиПа следующим образом.The beam converter works as follows.

Если к паре контактов, расположенных у оснозаНи . приложить электрическое напр же}ше , то между контактами второй пары за счет распределенного IB слое полупроводника электрнчеокого пол  возникает разность потенциалов. Велич;ина Наведенного сигнала завионт от параметров полупроводника и от взаимного расположени  контактов .If a pair of pins are located at the base. apply an electrical voltage}, then between the contacts of the second pair due to the distributed IB layer of the semiconductor electric field, a potential difference arises. The value of the Induced signal depends on the parameters of the semiconductor and the relative position of the contacts.

Преобразователь мембранного типа работает следующим Образом.The membrane type converter works as follows.

Если к паре контактов, расположенныхIf a pair of contacts located

по одну сторо-ну от концентратора механических напр женИЙ, приложить электрическое напр жение, то между контактами второй пары, расположенной по другую сторону мембраны, за счет распределенногоon one side of the mechanical stress concentrator, apply an electrical voltage, then between the contacts of the second pair, located on the other side of the membrane, due to the distributed

электрического пол  возникнет разность потенциалов . При воздействии на мембрану измер емой нагрузки вследствие тензоэффекта на утоньшенных участках м-ембраны - между концентраторам механическихelectric field will cause a potential difference. When a measured load is applied to the membrane due to the strain effect on the thinned areas of the m-membrane, between mechanical concentrators

напр жений и стенка(М|И полости - изменитс  сопротивление кремниевого сло . Величина изменен1и  или выходной -сигнал пронорционалБны измер емой нагрузке. НалиЧИе ступелек на тензо1чувств;итбль1иыхvoltage and wall (M | And the cavity - the resistance of the silicon layer will change. The magnitude of the change or the output signal is penetrable to the measured load. There are levels on the strain sensations; and

участках мембраны в 3-5 раз увеличивает выходной сигнал.areas of the membrane 3-5 times increases the output signal.

О.бласти Полупроводникового сло , расположенные над выступающими углами, характер изуютс  большой пл-отностью структурных дефектов, вызывающих, в свою очередь , уменьшен-ие подвижности носителей зар да и иовыщение удельного сопротивлени . Наличие таких областей, выт нутыхO. The areas of the Semiconductor layer located above the protruding angles, the nature is due to the large melting point of structural defects, which, in turn, reduce the mobility of charge carriers and increase the resistivity. The presence of such areas stretched

перпендикул рно направлению .маКсимальной тензочувствительности полупроводника приводит к знач ительному увеличению выходного сигнала преобразовател . В то же врам , благодар  равномерной Концентрации легирующих прИмесей по всему слою полупроводника температурна  стабильность выходного сигнала сохран етс  на уровне, достигНутОМ в из-вестном устройстве .perpendicular to the direction of the maximal tensor sensitivity of a semiconductor leads to a significant increase in the output signal of the converter. At the same time, due to the uniform concentration of alloying elements throughout the semiconductor layer, the temperature stability of the output signal remains at the level reached in a well-known device.

Значени  высоты выступа (h), толщинаProtrusion height (h), thickness

полупроводника (Н) и их соотношений i Jsemiconductor (H) and their relations i J

k/ k /

НH

0:бъЯОн етс  тем, что при 0: CONCLUSION: with

ВОЗможны разрывы сплошности полупроВОднИКового СЛОЯ на гран х -ступанек, а пр.иWHO can have discontinuities in the continuity of the semi-EVOLUTION LAYER on the grandstand

,1 мкм и , -поВЫШение чувствительност  незначительно., 1 micron and, - EXCELLENCE sensitivity slightly.

Claims (3)

Количество выступов ,и -рассто н е между «ими зависит от размеров упругочувствительного элемента, ра.сето ни  между омическими конта-ктам-и и возможностей технологии формировани  ступеней. Повышение чуВСтвительности пропорционально количеству выступов контактами. Повышение чувствительности В .конструкции , вы.полненной согласно .насто щему изобретению, достигаетс  за счет того, что гори воздействии механической нагрузки на «езакреплвнлый край подложки вследствие тензоэффекта измен етс  сопротивление полупроводникового сло . Изменение сопротивлен .и  между парами контактов и между контактами в каждой ларе имеег протБвоположиые знаки, причем тензочувстВИтельность лолупроводника в направлении , перпендикул рном выступам, в несколько раз выше, чем вдоль выступов, что позвол ет получить увеличенный в 3-5 раз выходной силнал преобразовател . В преобразователе без выступОВ чувствительпость достигает 5-:liO мкВ/мм рт. ст. В. Применение выступов с указаиными размерами увеличивает чувсткительность до 30- 50 мкв/мм рт. ст. В. Повышение чувствительности с помощью выступов достигаетс  и в Обычных мостовых схемах, причем выступы в этом случае располагаютс  перлендикул рно  аправлению резисторов. Предлагаемый полупроводниковый преобразователь давлени  имеет особо важное ,науч1НО-техническое значение при изготовлении его в микрамнниатюрном исполнении . Такие преобразователи найдут щирокое применение е микроэлектроппых устройствах , используемых в медико-биологических исследоваии х сердеч,но-сосудистой системы и желудочно-кишечного тракта человека . Формула изобретени  Полупроводниковый преобразователь давлени , содержащий расположенный на упругой подложке из диэлектрического материала   ориентированный в направлении максимальной тензочувствительности чувствительный элемент, выполненный в виде сло  полупроводника с омическими контакта ми , отличающийс  тем, что, с целью повышени  чувствительности при сохранении температурной стабильности выходного сигнала, поверхность подложки выполнена с выступами, выт /нутыми в направлен .ии, перпендикул рно1М направлению максимальной тензочувствительности полупроводника и имеющими высоту 0,1- 1,0 мкм, при этом отношение высоты выступа к толщине .сло  полупроводника составл ет 1 : (1-10). Источ1ники информащии, прин тые во при экспертизе: 1.Пол ко:ва А. П. Физические принципы работы полупроводниковых датчиков механических величин, «Акустический журнал т. XVni, Вып. 1, 1972, с. 1-52. The number of protrusions, and the distance between them depends on the size of the elastic-sensitive element, the length of the network between the ohmic contact and the possibilities of the technology of formation of steps. The increase in sensitivity is proportional to the number of protrusions by the contacts. An increase in the sensitivity of the structure constructed according to the present invention is achieved due to the fact that the resistance of the semiconductor layer changes as a result of the mechanical stress exerted on the fixed edge of the substrate. The change in resistance between pairs of contacts and between contacts in each lary has signs, the tensor sensitivity of the semiconductor in the direction perpendicular to the lugs, is several times higher than along the lugs, which makes it possible to obtain an output power converter increased by a factor of 3-5. In the transducer without protrusions, the sensitivity reaches 5-: liO µV / mmHg. Art. B. The use of protrusions with specified dimensions increases sensitivity to 30–50 µV / mmHg. Art. B. An increase in sensitivity by means of protrusions is also achieved in Conventional bridge circuits, the protrusions in this case being perpendicular to the direction of the resistors. The proposed semiconductor pressure transducer is of particular, scientific and technical importance in its manufacture in microfiber design. Such converters will find wide application of microelectrophysical devices used in biomedical research of the heart, but the vascular system and the human gastrointestinal tract. Claims of the Invention A semiconductor pressure transducer comprising a sensing element located in an elastic substrate made of dielectric material and oriented in the direction of maximum strain sensitivity, made as a semiconductor layer with ohmic contacts, characterized in that the substrate surface is maintained at the same time as the temperature stability of the output signal. performed with protrusions drawn out in directions, perpendicular to the direction of maximum the stress sensitivity of the semiconductor and having a height of 0.1-1.0 µm, the ratio of the height of the protrusion to the thickness of the semiconductor layer is 1: (1-10). Sources of information taken in the examination: 1.Polko: A.V. P. Physical principles of operation of semiconductor sensors of mechanical quantities, “Acoustic Journal v. XVni, Vol. 1, 1972, p. 1-52. 2.Викулин И. М. и Стафеев В. И. Полупроводниковые датч1ики, М., Советское радио , 1975, с. 17-20. 2.Vikulin I.M. and Stafeev V.I. Semiconductor sensors, M., Sovetskoye Radio, 1975, p. 17-20. 3.AeTOpiCKoe свидетельство СССР по за вке № 2614864/25, кл. П 01 L 41/10, 1978 (прототип).3.AeTOpiCKoe certificate of the USSR in application No. 2614864/25, cl. P 01 L 41/10, 1978 (prototype).