壓力傳感器廣泛應用于生活中,如一些停車場系統。為了提高人們對壓力傳感器的理解,本文將介紹半導體壓力傳感器,通過本文,您將了解壓力傳感器和壓力傳感器的結構,如果您對壓力傳感器感興趣,請關注我們力準傳感站點資訊欄目。
一般來講半導體壓力傳感器可分為兩類,一類是根據半導體PN結(或肖特基結)變化的原理制成的各種壓敏二極管或晶體管,壓敏元件的性能非常不穩定,所以發展用途不大,另一種是由半導體壓力阻力效應組成的傳感器,是半導體壓力傳感器的主要品種,在早期階段,半導體應變片主要粘貼在彈性元件上,制成各種應力和應變測量儀器。隨著半導體集成電路技術的發展,擴散電阻作為壓力阻力元件出現在半導體壓力傳感器上。壓力傳感器結構簡單可靠,無相對運動部件。傳感器的壓敏元件與彈性元件相結合,消除了機械滯后和蠕變,提高了傳感器的性能。
電阻管半導體具有電阻特性和外力,即電阻特性和外力的變化,稱為電阻效應,單位應力作用下產生的電阻率的相對變化稱為電阻系數,表示為符π。數學表示+/=π。
半導體電阻承受應力時產生的電阻值的變化主要取決于電阻率的變化,因此上述壓阻效應的表達式也可以寫為R/R=π。
在外力作用下,由材料的楊氏模量(Y)決定的半導體晶體產生一定的應力(∞)和應變(δ),即Y=∞/δ。
如果用半導體承受的應變表示壓阻效應,/R=Gδ。
G稱為壓力傳感器的敏感因子,表示單位應變下產生的電阻值的相對變化。
壓阻系數或敏感因子是半導體壓阻效應的基本物理參數,它們之間的關系就像應力和應變之間的關系,由材料的模量量決定,即G=πY。
由于半導體晶體的彈性,場的模量和壓力阻力系數隨晶體的方向而變化,半導體壓力阻力效應的大小也與半導體的電阻率密切相關,電阻率越低,靈敏因子的值就越小,擴散電阻的壓力阻力效應由擴散電阻的晶體方向和雜質濃度決定,雜質濃度主要是指擴散層的表面雜質濃度。
常用的半壓力傳感器選擇N型硅片作為基板。首先,將硅片制成具有幾何形狀的彈性部件,在硅片的應力部分,沿不同的晶體制作四個P擴散電阻,然后將四個電阻變成四臂等電橋,電阻變成電信輸出,這種具有壓力效應的電橋是壓力傳感器的心臟,通常稱為壓力阻力橋。壓力阻力橋的特點是:四臂的電阻值相等(均為R0);相鄰臂的壓力阻力效應值相等,符號相反;四臂的電阻溫度系數相同,始終處于相同的溫度下,其中的R為室溫下無應力的電阻值;電阻溫度系數(α)引起的變化;電阻值變化引起的電阻值變化;電橋輸出電壓為u=I0RG)
I0為恒流源電流,E為恒壓源電壓,壓力阻力橋的輸出電壓直接與應變(δ)成正比,與電阻溫度系數引起的RT無關,大大降低了傳感器的溫度漂移,半導體壓力傳感器是檢測流體壓力最廣泛的傳感器,其主要結構是由單晶硅材料組成的膜盒,薄膜形成杯狀,杯底為外力部分,杯底采用壓力橋,用相同的硅單晶材料制圓形座椅,然后將薄膜粘在座椅上,壓力傳感器具有靈敏度高、體積小、固體化等優點,已廣泛應用于航空、宇宙航行、自動化儀器和醫療儀器。