SU777757A1 - Полупроводниковый преобразователь - 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.

Целью изобретени   вл етс  повььшение чувствительности лри одноБремениом сохраденЕИ температурной стабильности выходного сигнала.

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).

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.

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.

Преобразо1ватель мембранного типа изображен на ф,иг. 3 и 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.

Работает преобразователь балочного тиПа следующим образом.

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 .

Преобразователь мембранного типа работает следующим Образом.

Если к паре контактов, расположенных

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 распределенного

электрического пол  возникнет разность потенциалов . При воздействии на мембрану измер емой нагрузки вследствие тензоэффекта на утоньшенных участках м-ембраны - между концентраторам механических

напр жений и стенка(М|И полости - изменитс  сопротивление кремниевого сло . Величина изменен1и  или выходной -сигнал пронорционалБны измер емой нагрузке. НалиЧИе ступелек на тензо1чувств;итбль1иых

участках мембраны в 3-5 раз увеличивает выходной сигнал.

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 нутых

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 .

Значени  высоты выступа (h), толщина

полупроводника (Н) и их соотношений i J

k/

Н

0:бъЯОн етс  тем, что при

ВОЗможны разрывы сплошности полупроВОднИКового СЛОЯ на гран х -ступанек, а пр.и

,1 мкм и , -поВЫШение чувствительност  незначительно.

Claims (3)

1. 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.
2. 2.Викулин И. М. и Стафеев В. И. Полупроводниковые датч1ики, М., Советское радио , 1975, с. 17-20.
3. 3.AeTOpiCKoe свидетельство СССР по за вке № 2614864/25, кл. П 01 L 41/10, 1978 (прототип).