Полупроводниковые датчики давления можно разделить на две категории, одна из которых основана на основном принципе, согласно которому полупроводниковый PN-переход (или переход Шоттки) меняет свои характеристики I-υ под действием напряжения. Характеристики этого типа чувствительных к давлению компонентов очень нестабильны и не получили большого развития. Другой - датчик, созданный на основе полупроводникового пьезорезистивного эффекта, который является основным типом полупроводникового датчика давления. Вначале большинство тензодатчиков сопротивления полупроводников наклеивали на упругие элементы для изготовления различных инструментов для испытаний на напряжение и деформацию. В 60-е годы прошлого века с развитием технологии полупроводниковых интегральных схем появились полупроводниковые датчики давления с диффузионными резисторами в качестве пьезорезистивных компонентов. Этот тип датчика давления имеет простую и надежную конструкцию. Относительно движущихся компонентов нет. Чувствительный к давлению элемент и эластичный элемент датчика интегрированы, что устраняет отсталость механического оборудования и снятие напряжения, а также улучшает характеристики датчика.
Пьезорезистивный эффект полупроводников Полупроводники имеют характеристику, связанную с внешними силами, то есть удельное сопротивление (обозначенное знаком ρ) изменяется с силой заземления, что называется пьезорезистивным эффектом. Относительное изменение удельного сопротивления под действием единичного напряжения грунта называется пьезорезистивным коэффициентом и обозначается знаком π. Выражается в математической формуле как 墹 ρ / ρ=πσ
В формуле σ представляет собой напряжение. Изменение значения сопротивления (R / R), которое должен вызывать полупроводниковый резистор, когда он подвергается нагрузке, определяется изменением сопротивления, поэтому приведенное выше уравнение для пьезорезистивного эффекта также может быть записано как R / R=πσ
Под действием внешней силы в кристалле полупроводника возникают определенные напряжения заземления (σ) и деформации (ε). Внутреннее соотношение между ними определяется модулем Юнга' s (Y) сырья, то есть Y=σ / ε
Если пьезорезистивный эффект выражается через деформацию, которую может выдержать полупроводник, то R / R=Gε
G называется коэффициентом чувствительности датчика давления, который представляет собой относительное изменение сопротивления, вызванное единичной деформацией.
Пьезорезистивный индекс или фактор маневренности является фундаментальным физическим параметром пьезорезистивного эффекта полупроводника. Связь между ними такая же, как и связь между напряжением грунта и деформацией, которая определяется модулем Юнга' s сырья, то есть G=πY.
Поскольку полупроводниковые кристаллы анизотропны по упругости, модуль Юнга' коэффициент упругости и пьезорезистивный коэффициент изменяются в зависимости от ориентации кристалла. Размер пьезорезистивного эффекта полупроводника также тесно связан с сопротивлением полупроводника. Чем меньше сопротивление, тем меньше значение коэффициента чувствительности. Пьезорезистивный эффект диффузионного резистора определяется тенденцией к кристаллизации и концентрацией примесей диффузионного резистора. Под концентрацией ключевой примеси понимается концентрация поверхностной примеси диффузионного слоя.
