ES2652265T3 - Sensor de presión semiconductor - Google Patents

Abstract

Un sensor (100, 200, 300, 400) de presión semiconductor para determinar una presión externa ejercida en el sensor, que comprende: - una membrana (2) como parte de un sustrato semiconductor para ser deformado debido a la presión externa, que tiene un borde (21) de la membrana y un espesor (T) de la membrana; - un primer par (P1) de resistores situado en o adyacente a una primera parte (S1) lateral de la membrana (2), el primer par (P1) de resistores que comprende un primer resistor (R1) conectado entre un primer nodo (A) de polarización y un primer nodo (D) de salida, y un segundo resistor (R2) conectado entre dicho primer nodo (A) de polarización y un segundo nodo (B) de salida diferente del primer nodo (D) de salida, la resistencia del segundo resistor (R2) que es igual a la del primer resistor (R1); - una primera fuente (CS1) de corriente conectada o conectable al primer nodo (D) de salida y adaptada para hacer que una primera corriente (I1) predefinida fluya a través del primer resistor (R1) de modo que el primer nodo (D) de salida asuma un primer voltaje (Vout-) de salida; - una segunda fuente (CS2) de corriente conectada o conectable al segundo nodo (B) de salida y adaptada para hacer que una segunda corriente (I2) predefinida fluya a través del segundo resistor (R2) de modo que el segundo nodo (B) de salida asuma un segundo voltaje (Vout+) de salida, en donde la segunda corriente (I2) predefinida es sustancialmente igual a la primera corriente (I1) predefinida; - el primer resistor (R1) que comprende una o más primeras bandas (8) piezorresistivas alargadas dispuestas en una primera dirección (X) para medir la deformación de la membrana (2) debida a la presión externa a ser medida, el segundo resistor (R2) que comprende una o más segundas bandas (9) piezorresistivas alargadas dispuestas en una segunda dirección (Y) para medir la deformación de la membrana (2) debida a la presión externa a ser medida, en donde la segunda dirección (Y) es sustancialmente perpendicular a la primera dirección (X); - el primer y segundo voltaje (Vout-, Vout+) de salida que forma una primera señal (ΔVout) de voltaje diferencial indicativa de la presión externa a ser medida.

Description

DESCRIPCION

Sensor de presion semiconductor Campo de la invencion

La presente invencion se refiere al campo de los sensores de presion, en particular sensores de presion integrados 5 en un dispositivo semiconductor.

Antecedentes de la invencion

Los sensores de presion semiconductores son conocidos en la tecnica.

El documento US 4.672.411 (Hitachi) describe un sensor de presion (mostrado en la FIG. 1) que tiene un diafragma formado en un cuerpo semiconductor, el diafragma que tiene un par de bandas semiconductoras de deteccion de 10 presion en una superficie principal del mismo (bandas 30, 31 piezorresistivas verticales en la FIG. 1). Cada una de las bandas 30, 31 esta conectada en un extremo al otro por una region semiconductora (region 32 triangular en la FIG. 1). La region 32 semiconductora esta formada en una direccion de coeficientes piezorresistivos pequenos, mientras que las bandas 30, 31 estan formadas en una direccion de coeficientes piezorresistivos grandes. La region 32 semiconductora (triangulo) tiene una resistencia laminar mas pequena que la resistencia de las bandas 30, 31. 15 Tambien, se proporcionan regiones de salida de electrodo en los otros extremos de las bandas 30, 31, cuyas regiones tienen baja resistencia, se extienden en una direccion de coeficientes piezorresistivos pequenos, y se extienden mas alla del borde del diafragma de modo que los electrodos contactan el cuerpo de semiconductor fuera del diafragma. Las bandas 30, 31 resistivas estan conectadas en un puente de Wheatstone. La deformacion del diafragma hace que las capas de resistor difusas (es decir, las bandas piezorresistivas) se expandan o retraigan 20 para cambiar sus resistencias. El sensor de presion detecta un cambio de presion detectando electricamente el cambio de las resistencias.

Sin embargo, este sensor de presion no es muy preciso en todas las circunstancias, por ejemplo en caso de fluctuaciones de temperatura, y en caso de tension de paquete residual.

Compendio de la invencion

25 Es un objeto de la presente invencion proporcionar un buen sensor de presion semiconductor.

En particular, es un objeto de las realizaciones de la presente invencion proporcionar un sensor de presion con una buena precision, en particular en caso de una temperatura no uniforme (por ejemplo, gradiente de temperatura) del sustrato semiconductor y/o en caso de tension de paquete y/o en caso de un campo electrico no uniforme, o combinaciones de los mismos.

30 Es un objeto de las realizaciones de la presente invencion proporcionar un sensor de presion con linealidad mejorada y/o sensibilidad mejorada, al tiempo que es relativamente insensible a un gradiente de temperatura, y en particular realizaciones que son tambien relativamente insensibles a tension de paquete (no radial) uniforme y/o tambien relativamente insensibles a un campo electrico perpendicular a la superficie del sensor.

Estos objetivos se logran mediante un dispositivo segun las realizaciones de la presente invencion.

35 En un primer aspecto, la presente invencion proporciona un sensor de presion semiconductor para determinar una presion externa ejercida sobre el sensor, que comprende: una membrana como parte de un sustrato semiconductor para que sea deformada debido a la presion externa, que tiene un borde de membrana y un espesor de membrana; un primer par de resistores situado en o adyacente a una primera parte lateral de la membrana, el primer par de resistores que comprende un primer resistor conectado entre un primer nodo de polarizacion y un primer nodo de 40 salida, y un segundo resistor conectado entre dicho nodo de polarizacion y un segundo nodo D de salida diferente del primer nodo de salida, la resistencia del segundo resistor que es igual a la del primer resistor; una primera fuente de corriente conectada o conectable al primer nodo de salida y adaptada para hacer que una primera corriente predefinida fluya a traves del primer resistor de modo que el primer nodo de salida asuma un primer voltaje de salida; una segunda fuente de corriente conectada o conectable al segundo nodo de salida y adaptada para hacer 45 que una segunda corriente predefinida fluya a traves del segundo resistor de modo que el segundo nodo de salida asuma un segundo voltaje de salida; en donde la segunda corriente predefinida es sustancialmente igual a la primera corriente predefinida; el primer resistor que comprende una o mas primeras bandas piezorresistivas alargadas dispuestas en una primera direccion para medir la deformacion de la membrana debida a la presion externa a ser medida, el segundo resistor que comprende una o mas segundas bandas piezorresistivas alargadas 50 dispuestas en una segunda direccion para medir la deformacion de la membrana debida a la presion externa a ser medida, en donde la segunda direccion es sustancialmente perpendicular a la primera direccion; el primer y segundo voltaje de salida que forma una primera senal de voltaje diferencial indicativa de la presion externa a ser medida.

Es una ventaja que cada nodo de salida este conectado a una fuente de corriente con el fin de obtener un voltaje de salida entre los nodos que es proporcional a la presion externa.

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Es una ventaja que el primer resistor y el segundo resistor esten situados en el mismo lado (por ejemplo, el borde de una membrana cuadrada), debido a que haciendolo as^ la distancia entre los resistores es pequena, y de esta manera la temperatura de ambos resistores es sustancialmente la misma. Dado que la resistencia del primer y segundo resistor es igual, y dado que ambos resistores estan hechos del mismo material, la resistencia de ambos resistores variara con la temperatura, pero de la misma forma (por ejemplo, ambas aumentan en un 5%). Esto hara que ambos voltajes de salida disminuyan en una cantidad igual, pero no influira la diferencia entre ellos. En otras palabras, este circuito es sustancialmente insensible a variaciones de temperatura (con el tiempo), y a gradiente de temperatura sobre la membrana.

Es una ventaja de usar una fuente de corriente, conectada en serie con un unico resistor (no dos resistores, como es el caso para un subcircuito de Wheatstone), debido a que permite que una corriente mayor (aproximadamente igual al voltaje de alimentacion dividido por el valor de la resistencia nominal = VDD/R) fluya a traves del resistor, en contraste con solamente VDD/2R en el caso de un subcircuito de Wheatstone. Dado que esto se aplica a ambos nodos de salida, la sensibilidad se aumenta tipicamente en un 80% a un 95% (en comparacion con un subcircuito de Wheatstone).

Es una ventaja de usar una fuente de corriente, debido a que permite que una corriente fijada sea enviada a traves del resistor, cuya corriente es independiente de la presion aplicada, que elimina una causa de la no linealidad encontrada en un subcircuito de Wheatstone, donde la corriente a traves de un resistor particular (por ejemplo, R2 en la FIG. 2) vana con la presion aplicada (debido a que R1 y R2 no cambian en la misma cantidad bajo presion externa), y dado que tambien el valor de la resistencia en sf mismo vana con la presion aplicada (debido al efecto piezorresistivo), el voltaje sobre dicho resistor en un subcircuito de Wheatstone vana no linealmente con la presion.

De esta manera, el sensor de presion segun la presente invencion tiene una sensibilidad mas alta y una linealidad mejorada sobre (al menos algunos) sensores de presion de la tecnica anterior.

Preferiblemente se hace coincidir el diseno de la primera y el diseno de la segunda bandas resistivas.

Es una ventaja de las realizaciones de la presente invencion que se proporciona una buena precision, por ejemplo una precision mejorada, incluso en presencia de una temperatura no uniforme y/o una tension no uniforme y/o un campo electrico no uniforme, e incluso cuando dicha temperatura, tension o campo vane con el tiempo.

En una realizacion, el sensor de presion semiconductor comprende ademas: un primer circuito de lectura que comprende un primer amplificador diferencial para convertir la primera senal de voltaje diferencial en una primera senal de presion indicativa de la presion a ser medida.

En una realizacion, la primera y la segunda bandas piezorresistivas estan formadas como regiones dopadas p dentro de un pozo n; el nodo de polarizacion esta conectado electricamente al pozo n.

Es una ventaja de tales realizaciones que el voltaje de polarizacion (preferiblemente el voltaje de alimentacion del chip), se aplique al pozo n y tambien a un extremo del resistor, debido a que este causara un espesor (promedio) mmimo de la capa de agotamiento entre el resistor (dopado p) y el pozo n (dopado n), permitiendo un ancho de banda de circuito mayor.

En una realizacion, el sensor de presion semiconductor ademas comprende: un par de resistores situados en o adyacentes a una segunda parte lateral de la membrana, en donde la segunda parte lateral esta situada sustancialmente o precisamente a una distancia angular de 90° de la primera parte lateral como se mide desde el centro de la membrana; el segundo par de resistores que comprende un tercer resistor conectado en paralelo con el segundo resistor entre dicho primer nodo de polarizacion y dicho segundo nodo de salida, y un cuarto resistor conectado en paralelo con el primer resistor entre dicho primer nodo de polarizacion y dicho primer nodo de salida; el tercer resistor que comprende una o mas bandas piezorresistivas alargadas dispuestas en la primera direccion, el cuarto resistor que comprende una o mas bandas piezorresistivas alargadas dispuestas en la segunda direccion.

Es una ventaja de conectar el primer y cuarto resistor en paralelo a la primera fuente de corriente, y disponerlos de la manera descrita, debido a que haciendolo asf, se comportan de manera similar a una tension radial (por ejemplo, ambos aumentan), pero de manera opuesta a una tension uniforme. Por lo tanto el voltaje creado por la primera corriente que fluye a traves de su conexion paralela tiene una alta sensibilidad a una tension radial (por ejemplo, causada por presion externa), y una sensibilidad reducida a tension uniforme (por ejemplo, causada por tension de paquete).

Situando el tercer y cuarto resistores muy cerca (en un segundo lado de la membrana), ambos tendran un comportamiento similar con la temperatura (por ejemplo, ambos aumentan o ambos disminuyen con la temperatura). Dado que R1 y R2 se comportan identicamente con la temperatura T1 (en un primer lado de la membrana), y R3 y R4 se comportan identicamente con la temperatura T2 (en un segundo lado de la membrana), la conexion en paralelo de R1 con R2 por una parte, y R3 y R4 por otra parte, se comportaran casi identicamente con las variaciones de temperatura (en primer orden), mientras que son (relativamente) insensibles a un gradiente de temperatura sobre la membrana.

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De esta manera esta realizacion tiene las mismas ventajas que se han mencionado anteriormente (alta sensibilidad, buena linealidad, baja influencia con la temperature), pero ademas tiene una baja sensibilidad a una tension uniforme (por ejemplo, tension de paquete).

En una realizacion, el sensor de presion semiconductor ademas comprende: - un tercer par de resistores dispuesto en la primera parte lateral de la membrana pero fuera de la membrana, el tercer par de resistores que comprende un quinto resistor conectado entre dicho primer nodo de polarizacion y un tercer nodo de salida, y un sexto resistor conectado entre dicho primer nodo de polarizacion y un cuarto nodo D de salida diferente del tercer nodo de salida; una tercera fuente de corriente conectada al tercer nodo de salida y adaptada para hacer que una tercera corriente predefinida fluya a traves del quinto resistor de modo que el tercer nodo de salida proporcione un tercer voltaje de salida; una cuarta fuente de corriente conectada al cuarto nodo de salida y adaptada para hacer que una cuarta corriente predefinida fluya a traves del sexto resistor de modo que el cuarto nodo de salida proporcione un cuarto voltaje de salida, en donde la tercera y cuarta corriente predefinida es sustancialmente igual a la primera corriente predefinida; el quinto resistor que comprende una o mas bandas piezorresistivas alargadas dispuestas en la primera direccion, y el sexto resistor que comprende una o mas bandas piezorresistivas alargadas dispuestas en la segunda direccion para medir la tension de paquete; y un cuarto par de resistores dispuestos en la segunda parte lateral de la membrana pero fuera de la membrana, el cuarto par de resistores que comprende un septimo resistor conectado en paralelo con el sexto resistor entre dicho primer nodo de polarizacion y dicho cuarto nodo de salida, y un octavo resistor conectado en paralelo con el quinto resistor entre dicho primer nodo de polarizacion y dicho tercer nodo de salida, el septimo resistor que comprende una o mas bandas piezorresistivas alargadas dispuestas en la primera direccion, el octavo resistor que comprende una o mas bandas piezorresistivas alargadas dispuestas en la segunda direccion; en donde la una o mas bandas piezorresistivas del quinto y sexto y septimo y octavo resistor estan dispuestas a una distancia del borde de la membrana de al menos 4,0 veces el espesor de la membrana para medir solamente la tension ejercida por el empaquetado en el sustrato semiconductor; el tercer y cuarto voltaje de salida que forma una segunda senal de voltaje diferencial indicativa de la tension de paquete.

Situando el tercer y cuarto pares de resistores en el sustrato fuera de la membrana, a una distancia del borde de la membrana de al menos 4 veces (>4x) el espesor de la membrana, por ejemplo, al menos 8 veces (>8x) el espesor de la membrana, estas bandas son sensibles solamente a la tension de paquete (radial), pero no a la deformacion de la membrana debido a la presion externa, en contraste con el primer y segundo pares de resistores, que estan situados principalmente en la membrana, dentro de una distancia de a lo sumo 3 veces (<3x) el espesor de la membrana, que son sensibles tanto a la tension de paquete (radial) como a la presion externa a ser medida.

La segunda senal de voltaje diferencial se puede leer mediante un segundo circuito de lectura (por ejemplo, que comprende un amplificador diferencial, ADC, etc.), y se puede usar por una unidad de procesamiento para mostrar, o para compensar la primera senal de voltaje diferencial frente a la tension de paquete, por ejemplo restando la segunda senal diferencial de la primera senal diferencial. De esta forma, la tension de paquete se puede compensar en gran parte para, o la influencia de la misma se puede al menos reducir en el valor de medicion de tension final.

De esta manera, un sensor de presion semiconductor se provee con una sensibilidad reducida a una temperatura en modo comun, por ejemplo, temperatura ambiente (usando senalizacion diferencial), y a gradientes de temperatura (disponiendo los resistores “muy cerca” como pares), y a tension de paquete en modo comun (usando el tercer y cuarto resistor y la tercera y cuarta fuente de corriente, fuera de la membrana), y que tiene una sensibilidad aumentada y linealidad mejorada (usando una fuente de corriente mas que una fuente de voltaje), y que tiene una sensibilidad baja o reducida al gradiente de temperatura (usando una conexion en paralelo de resistores situados en diferentes ubicaciones), y que tiene una sensibilidad reducida a una tension uniforme (situando las piezobandas de los cuartos resistores en una posicion angular de 90° en la membrana y orientando las piezobandas de los cuatro resistores en paralelo o a 90° como se expone en la reivindicacion).

En una realizacion, el sensor de presion semiconductor ademas comprende: un multiplexor para aplicar selectivamente la primera senal de voltaje diferencial y la segunda senal de voltaje diferencial al primer amplificador diferencial; y/o un segundo circuito de lectura que comprende un segundo amplificador diferencial para convertir la segunda senal de voltaje diferencial a una segunda senal de presion indicativa de la tension de paquete.

En una realizacion, cada uno de los resistores comprende al menos dos o al menos tres bandas piezorresistivas conectadas en serie.

Proporcionando al menos dos o al menos tres bandas piezorresistivas conectadas en serie, el valor de resistencia se puede aumentar sin tener que disminuir el nivel de dopaje. Esto es especialmente ventajoso cuando las dimensiones del chip llegan a ser mas pequenas debido al escalado de la tecnologfa. Las bandas piezorresistivas de cada resistor individual se orientan en paralelo.

En una realizacion, cada uno de los resistores comprende un numero igual de bandas piezorresistivas alargadas, y las dimensiones de todas las piezobandas son identicas.

En otras palabras, preferiblemente el diseno de las bandas piezorresistivas, y tambien las interconexiones entre las bandas que pertenecen a un unico resistor, es identico (aparte de girar, desplazar, o reflejar), de manera que los

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resistores se “emparejan” mejor. Esto ofrece la ventaja de que la resistencia del primer, segundo, etc. resistores es igual dentro del margen de tolerancia del proceso (por ejemplo, dentro de +/- 0,5%).

En una realizacion, un diseno de cada par de resistores comprende ademas una primera y segunda region de salida para interconexion electrica a los nodos externos, y una tercera region de salida para interconexion electrica al nodo de polarizacion comun, por lo cual la tercera region de salida esta situada entre la primera y segunda region de salida.

En contraste con las estructuras de diseno conocidas de dos resistores que estan conectados a un nodo comun, y por lo cual el nodo (central) comun esta interconectado mediante encaminamiento sobre la membrana, es una ventaja encaminar el nodo comun como se expone en la reivindicacion, debido a que de esta forma la interconexion en la membrana se minimiza, lo cual puede reducir ademas las influencias de la presion y de esta manera mejorar la linealidad.

En una realizacion, el sustrato es una oblea CMOS; y la membrana esta situada en el plano (100), y al menos uno de los elementos piezorresistivos esta orientado en la direccion <110>.

Es una ventaja usar este plano y direcciones cristalograficas, debido a que esta direccion es una direccion de efecto piezorresistivo maximo. Usando esta direccion, se puede obtener un sensor que tiene por ejemplo una sensibilidad maxima mejorada.

En una realizacion, la membrana tiene una forma cuadrada o circular.

Cuando la membrana tiene una forma cuadrada, es ventajoso orientar los lados del cuadrado en las direcciones cristalograficas de sensibilidad maxima y minima.

Es ventajoso ademas situar el primer y segundo resistor cerca del medio de uno de los lados de la membrana cuadrada. Cuando se ejerce una presion en la membrana cuadrada, la deformacion es mayor en el medio de los lados que cerca de las esquinas, y mayor en los lados que en el centro de la membrana, proporcionando de esta manera los resistores sustancialmente en el medio de los lados, se aumenta la sensibilidad del sensor de presion, por ejemplo, se maximiza.

En realizaciones que tienen tambien un tercer y cuarto resistor, es ventajoso situar este ultimo en un segundo lado de la membrana, adyacente al primer lado (de esta manera a 90°) mas que en el lado opuesto de la membrana (de esta manera a 180°), debido a que la disposicion a 90° permite que los resistores sean orientados de tal forma que el sensor tiene una sensibilidad reducida a una tension uniforme (por ejemplo, tension de paquete).

En el caso de una forma circular, es ventajoso situar el par de resistores en las mismas ubicaciones que se han descrito anteriormente, para una forma cuadrada imaginana tangencial a la membrana circular.

El segundo aspecto, la presente invencion proporciona un dispositivo semiconductor que comprende un sensor de presion semiconductor segun el primer aspecto.

En un tercer aspecto, la presente invencion proporciona un metodo de determinacion de una presion externa ejercida en un sustrato semiconductor,

el sustrato semiconductor que comprende: una membrana dispuesta para ser deformada debido a la presion externa, y que tiene un borde de membrana y un espesor de membrana; un primer par de resistores situados en o adyacentes a una primera parte lateral de la membrana, el primer par de resistores que comprende un primer resistor conectado entre un primer nodo de polarizacion y un primer nodo de salida, y un segundo resistor conectado entre dicho primer nodo de polarizacion y un segundo nodo de salida diferente del primer nodo de salida, la resistencia del segundo resistor que es igual a la del primer resistor; el primer resistor que comprende una o mas primeras bandas piezorresistivas alargadas dispuestas en una primera direccion para medir la deformacion de la membrana debida a la presion externa a ser medida, el segundo resistor que comprende una o mas segundas bandas piezorresistivas alargadas dispuestas en una segunda direccion para medir la deformacion de la membrana debida a la presion externa a ser medida, en donde la segunda direccion es sustancialmente perpendicular a la primera direccion;

el metodo que comprende los pasos de: conectar la primera fuente de corriente al primer nodo de salida, la primera fuente de corriente que esta adaptada para hacer que una primera corriente predefinida fluya a traves del primer resistor de modo que el primer nodo de salida asuma un primer voltaje de salida; conectar una segunda fuente de corriente al segundo nodo de salida, la segunda fuente de corriente que esta adaptada para hacer que una segunda corriente predefinida fluya a traves del segundo resistor de modo que el segundo nodo de salida asuma un segundo voltaje de salida, en donde la segunda corriente predefinida es sustancialmente igual a la primera corriente predefinida; obtener una primera senal de voltaje diferencial sobre el primer y segundo nodo de salida como indicacion de la presion externa a ser medida.

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En una realizacion, el metodo se realiza usando un sustrato que ademas comprende un segundo par de resistores dispuesto como se ha descrito anteriormente.

En una realizacion, el metodo se realiza usando un sustrato que ademas comprende un tercer y un cuarto par de resistores como se ha descrito anteriormente, y el metodo que comprende ademas el paso de: aplicar una tercera corriente predefinida a dicha conexion en paralelo en paralelo del quinto resistor y del octavo resistor usando una tercera fuente de corriente; y aplicar una cuarta corriente predefinida a dicha conexion en paralelo del sexto resistor y del septimo resistor usando una cuarta fuente de corriente; y medir una segunda senal de voltaje diferencial sobre el tercer y cuarto nodo de salida; y corregir un valor correspondiente a la primera senal de voltaje diferencial con un valor correspondiente a la segunda senal de voltaje diferencial.

Aspectos particulares y preferidos de la invencion se exponen en las reivindicaciones independientes y dependientes anexas.

Estos y otros aspectos de la invencion seran evidentes a partir de y dilucidados con referencia a la realizacion o las realizaciones descritas en lo sucesivo.

Breve descripcion de los dibujos

La FIG. 1 muestra un sensor de presion semiconductor, conocido en la tecnica.

La FIG. 2 muestra una configuracion de puente de Wheatstone con dos ramas (izquierda, derecha), cada una que comprende dos resistores, conocida en la tecnica.

La FIG. 3 muestra otro sensor de presion semiconductor, con un puente en, y un puente fuera de la membrana, conocido en la tecnica.

La FIG. 4 muestra un diagrama de bloques esquematico de una primera realizacion de un sensor de presion segun la presente invencion, que tiene un par de resistores (conectados en paralelo a un nodo de polarizacion comun), los otros extremos de los resistores que estan conectados a dos fuentes de corriente.

La FIG. 5 muestra un diseno ejemplar de (parte de) el sensor de presion de la FIG. 4.

La FIG. 6 muestra un diagrama de bloques esquematico de una segunda realizacion de un sensor de presion segun la presente invencion, que es una variante de la FIG. 4.

La FIG. 7 muestra un diagrama de bloques esquematico de una tercera realizacion (y preferida) de un sensor de presion segun la presente invencion.

La FIG. 8 muestra una disposicion ejemplar de (parte de) el sensor de presion de la FIG. 7.

La FIG. 9 muestra un ejemplo de un patron de diseno que comprende un par de resistores, conectados en paralelo a un nodo de polarizacion comun, y partes de salida, que se pueden usar en un sensor de presion segun las realizaciones de la presente invencion.

La FIG. 10 muestra una variante del patron de diseno de la FIG. 9, por el cual cada resistor contiene tres bandas piezorresistivas conectadas en serie, en lugar de solamente dos.

La FIG. 11 muestra una vista agrandada (y reflejada) de las bandas piezorresistivas de la FIG. 10, con una indicacion de “la distancia mayor” MD entre un punto de las primeras bandas de resistor y un punto de las segundas bandas de resistor.

La FIG. 12 es una representacion esquematica de tension radial en cuatro ubicaciones de una membrana cuadrada o circular, cuya tension se causa tfpicamente por una presion (a ser medida) ejercida en la membrana en una direccion perpendicular al sustrato.

La FIG. 13 es una representacion esquematica de tension (no radial) uniforme (en el ejemplo mostrado: de izquierda a derecha) en cuatro ubicaciones de una membrana cuadrada o circular, cuya tension puede ser causada por empaquetado.

La FIG. 14 ilustra una cuarta realizacion de un sensor de presion segun la presente invencion.

La FIG. 15 ilustra un metodo segun la presente invencion.

Los dibujos son solamente esquematicos y no son limitantes. En los dibujos, el tamano de algunos de los elementos puede estar exagerado y no dibujado a escala con propositos ilustrativos (por ejemplo, las dimensiones relativas de los resistores frente a la dimension de la membrana). Se senala sin embargo que la FIG. 9 y la FIG. 10 estan dibujadas a escala.

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Cualquier signo de referencia en las reivindicaciones no se interpretara como limitante del alcance. En los diferentes dibujos, los mismos signos de referencia se refieren a los mismos elementos o analogos.

Descripcion detallada de realizaciones ilustrativas

La presente invencion se describira con respecto a realizaciones particulares y con referencia a ciertos dibujos pero la invencion no esta limitada a los mismos sino solamente por las reivindicaciones. Los dibujos descritos son solamente esquematicos y no son limitantes. En los dibujos, el tamano de algunos de los elementos puede estar exagerado y no dibujado a escala con propositos ilustrativos. Las dimensiones y las dimensiones relativas no corresponden a reducciones reales para poner en practica la invencion.

Ademas, los terminos primero, segundo y similares en la descripcion y en las reivindicaciones, se usan para distinguir entre elementos similares y no necesariamente para describir una secuencia, ya sea temporalmente, espacialmente, en clasificacion o de cualquier otra manera. Ha de ser entendido que los terminos asf usados son intercambiables bajo las circunstancias adecuadas y que las realizaciones de la invencion descritas en la presente memoria son capaces de operacion en otras secuencias distintas de las descritas o ilustradas en la presente memoria.

Ademas, los terminos parte superior, debajo y similares en la descripcion y las reivindicaciones se usan con propositos descriptivos y no necesariamente para describir posiciones relativas. Ha de ser entendido que los terminos asf usados son intercambiables bajo las circunstancias adecuadas y que las realizaciones de la invencion descritas en la presente memoria son capaces de operacion en otras orientaciones distintas de la descrita o ilustrada en la presente memoria.

Ha de ser senalado que el termino “que comprende”, usado en las reivindicaciones, no se debena interpretar como que esta restringido a los medios enumerados a partir de entonces; no excluye otros elementos o pasos. Ha de ser interpretado de esta manera como que especifica la presencia de los rasgos, enteros, pasos o componentes fijados a que se refiere, pero no excluye la presencia o adicion de uno o mas de otros rasgos, enteros, pasos o componentes, o grupos de los mismos. De esta manera, el alcance de la expresion “un dispositivo que comprende los medios A y B” no se debena limitar a dispositivos que constan solamente de los componentes A y B. Significa que con respecto a la presente invencion, los unicos componentes relevantes del dispositivo son A y B.

La referencia en toda esta especificacion a “una realizacion” significa que un rasgo, estructura o caractenstica particular descrita en conexion con la realizacion se incluye en al menos una realizacion de la presente invencion. De esta manera, la aparicion de la frase “en una realizacion” en diversos lugares en toda esta especificacion no estan todas necesariamente refiriendose a la misma realizacion, pero puede. Ademas, los rasgos, estructuras o caractensticas particulares se pueden combinar de cualquier manera adecuada, como sena evidente para un experto en la tecnica a partir de esta descripcion, en una o mas realizaciones.

De manera similar se debena apreciar que en la descripcion de las realizaciones ejemplares de la invencion, diversos rasgos de la invencion se agrupan entre sf algunas veces en una unica realizacion, figura, o descripcion de la misma con el proposito de difundir de forma continua la descripcion y ayudar en la comprension de uno o mas de los diversos aspectos inventivos. Este metodo de descripcion, sin embargo, no ha de ser interpretado como que refleja una intencion de que la invencion reivindicada requiere mas rasgos que se exponen expresamente en cada reivindicacion. Mas bien, como reflejan las siguientes reivindicaciones, los aspectos inventivos consisten en menos de todos los rasgos de una unica reivindicacion descrita precedente. De esta manera, las reivindicaciones que siguen a la descripcion detallada se incorporan expresamente por este medio en esta descripcion detallada, con cada reivindicacion que funciona en sf misma como una realizacion separada de esta invencion.

Ademas, aunque algunas realizaciones descritas en la presente memoria incluyen algunos pero no otros rasgos incluidos en otras realizaciones, combinaciones de rasgos de diferentes realizaciones se supone que estan dentro del alcance de la invencion, y forman diferentes realizaciones, como se entendena por los expertos en la tecnica. Por ejemplo, en las siguientes reivindicaciones, cualquiera de las realizaciones reivindicadas se puede usar en cualquier combinacion.

En la descripcion proporcionada en la presente memoria, se exponen numerosos detalles espedficos. Sin embargo, se entiende que las realizaciones de la invencion se pueden poner en practica sin estos detalles espedficos. En otros casos, metodos, estructuras, y tecnicas bien conocidos no se han mostrado en detalle con el fin de no oscurecer una comprension de esta descripcion.

Definiciones:

En la presente invencion, los terminos “diafragma” y “membrana” se usan como sinonimos para indicar una region de un sustrato semiconductor con un espesor reducido en comparacion con el material de sustrato circundante (tambien conocido como “volumen”), adaptada para deformarse mecanicamente cuando se aplica a la misma una presion externa (a ser medida).

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Cuando en la presente invencion, se hace referencia a “la dimension mayor de la membrana” o simplemente “dimension de la membrana”, se hace referencia a la longitud de un lado en caso que la membrana tenga una forma sustancialmente cuadrada, o a la distancia entre lados opuestos en caso que la membrana tenga una forma cuadrada con esquinas redondeadas, o al diametro en caso de que la membrana sea sustancialmente circular, o la longitud del eje mayor en caso de que la membrana sea sustancialmente elfptica, o a la mayor de la longitud y la anchura en caso de que la membrana sea sustancialmente rectangular, o al diametro del cfrculo interno en caso de que la membrana tenga una forma de polfgono regular, tal como, por ejemplo, una forma hexagonal u octogonal.

El termino “espesor de la membrana” tiene su significado habitual, en la medida que se puede medir en una direccion perpendicular a la superficie del sustrato.

El termino “fuente de corriente” o “sumidero de corriente” tiene su significado habitual. Una fuente de corriente ideal es un circuito electronico que entrega o absorbe una corriente electrica que es independiente del voltaje a traves de el. La resistencia interna de una fuente de corriente ideal es infinita. En las realizaciones de la presente invencion, la fuente de corriente tiene una resistencia interna de al menos cinco veces la resistencia del resistor conectado a la misma.

El termino “voltaje diferencial” tiene su significado habitual. Significa la diferencia de voltaje entre dos nodos, en contraposicion a una senal de voltaje de terminacion unica de un unico nodo (medida implfcitamente respecto al voltaje de tierra).

Con “resistencia” se quiere decir “resistencia electrica”, a menos que se mencione explfcitamente de otro modo.

Con “presion externa” se quiere decir por ejemplo presion de aire o presion de gas o presion de fluido del entorno en donde se situa el sensor de presion, en contraposicion con “presion interna” por ejemplo causada por el empaquetado del sensor semiconductor.

Cristalograffa:

Mientras que el circuito del documento US 4.672.411 (Hitachi), descrito en la seccion de antecedentes e ilustrado en la FIG. 1 tiene algunos inconvenientes, muchos de los principios basicos descritos en el mismo tambien se usan en la presente invencion. Por ejemplo, los bordes de la membrana de las realizaciones de la presente invencion se realizan preferiblemente de tal forma que la tension maxima causada por la presion aplicada se alcanza al menos en dos areas perpendiculares al borde de la membrana y donde el borde de la membrana esta orientado en la direccion <110>. Un grabado anisotropico de membranas cuadradas en silicio se usa a menudo en la medida que crea cuatro de tales areas en el medio de los bordes de la membrana debido a la parada de grabado anisotropico en los planos <111>. Usando otros metodos de grabado, membranas redondas tambien danan como resultado cuatro de tales areas y membranas ovaladas en dos de tales areas en el diametro mas corto. La sensibilidad a la tension de los piezorresistores tambien depende de la orientacion del cristal y los resistores dopados p tienen un cambio maximo de resistencia a lo largo de las direcciones <110>, y un cambio mmimo de resistencia a lo largo de las direcciones <100>, a 45° de la direccion <110>. Las conexiones de metal causan tension en el silicio y debido al arrastre esta tension puede cambiar tambien con el tiempo. Por lo tanto un camino dopado p altamente dopado se realiza entre el metal y las bandas piezorresistivas. Colocando estos caminos altamente dopados p en las direcciones <100> a 45 grados de las direcciones <110> uno supone que la tension de las lmeas de metal no cambia la resistencia de estas bandas.

Con el fin de evitar una repeticion innecesaria de estos conceptos basicos, la presente solicitud no entrara en los detalles de los planos y direcciones cristalograficas, y se concentrara en la contribucion de la presente invencion sobre la tecnica anterior. El lector puede referirse al documento US 4.672.411 para mas detalles en particular a la FIG. 9 del mismo, y la parte correspondiente de la descripcion. Aunque tambien se pueden usar otras direcciones cristalograficas, los principios de la presente invencion se explicaran suponiendo que la membrana 2 de un sensor de presion segun la presente invencion esta situada en un plano cristalografico (100) de una oblea CMOS, y que las bandas 8, 9 10, 11 piezorresistivas estan situadas en las direcciones <110>. Usar obleas CMOS permite que la combinacion de la membrana de presion y circuitena CMOS, por ejemplo, al menos circuitena de lectura, sea integrada en misma oblea.

Puente de Wheatstone:

Antes de que se describa un sensor de presion segun las realizaciones de la presente invencion, primero se explican los principios de un circuito de puente de Wheatstone, debido a que este se usa a menudo en los sensores de presion de la tecnica anterior, y ayuda a explicar similitudes y diferencias con la presente invencion.

Los circuitos de puente de Wheatstone con cuatro resistores R1, R2, R3, R4 dispuestos como se muestra en la FIG. 2, son bien conocidos en la tecnica. Tales circuitos son muy adecuados para determinar un valor de resistor Rx desconocido, cuando se conocen otros tres valores de resistores R1, R2 y R3, o para detectar/medir pequenos cambios de resistencia cuando se conocen todos de los cuatro valores de resistores. El puente de la FlG. 2 tiene cuatro resistores R1, R2, R3 y R4 (o Rx). Cuando se aplican un voltaje de alimentacion (por ejemplo, un voltaje DC) Vdd y Gnd a los nodos A y C, respectivamente, una primera corriente fluira de A a C a traves de la primera rama

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formada por R1 en serie con R2, y una segunda corriente fluira a traves de la segunda rama formada por R3 en serie con R4. Se proporciona una salida “Vout” de voltaje diferencial sobre los nodos D y B, y define un voltaje diferencial: Vout = Vd-Vb. Los voltajes Vd y Vb se pueden leer por un circuito que tiene una impedancia de entrada grande (con el fin de no extraer corriente adicional). Tfpicamente, los nodos D y B estan conectados a un amplificador diferencial que amplifica el voltaje Vout diferencial. La senal amplificada se puede usar entonces para procesamiento adicional.

Cuando el puente esta “en equilibrio”, se aplica la siguiente formula:

R1 / R2 = R3 / R4 (1)

que es equivalente a:

R1 x R4 = R2 x R3 (2)

Cuando el puente esta en equilibrio, el voltaje “Vd” en el nodo D entre R1 y R2 sera exactamente igual al voltaje “Vb” en el nodo B entre R3 y R4, y no fluira ninguna corriente en un camino entre los nodos B y D (por ejemplo, a traves de un galvanometro, indicado por Vg). Cuando uno o mas de los valores de resistores R1 a r4 se desvfan, incluso ligeramente, de esta situacion de equilibrio, el puente ya no esta mas en equilibrio, y aparecera una diferencia de voltaje Vout sobre los nodos D y B, que se puede medir de cualquier manera conocida en la tecnica, por ejemplo tipicamente mediante un amplificador diferencial que tiene un factor de amplificacion de aproximadamente 100 o mas. Cuando todos los resistores R1, R2, R3, R4 estan hechos del mismo material, y tienen el mismo valor R, tal circuito de puente es relativamente insensible a los cambios de temperatura en modo comun, debido a que la temperatura de todos los resistores R1 a R4 aumenta o disminuye en un mismo porcentaje

Sensor de presion ideal/no ideal:

Un sensor de presion ideal tiene una alta sensibilidad (senal de salida grande incluso para una presion pequena), tiene desplazamiento cero, tiene un comportamiento lineal perfecto (voltaje de salida exactamente proporcional a la presion aplicada) y es insensible a las variaciones de temperatura y a la tension de paquete. Ademas, es insensible a los campos electricos perpendiculares a la superficie.

En realidad, por supuesto, no existe un sensor de presion ideal, y necesitan ser encontradas formas para reducir o eliminar las causas de la no linealidad, y/o para reducir los efectos de la tension de la temperatura y/o las variaciones del campo electrico.

“Desplazamiento cero” significa que la salida de voltaje sobre los nodos D y B debena ser exactamente cero cuando no se aplica presion a la membrana 2, e idealmente este valor debena permanecer exactamente a cero independientemente de la temperatura del sensor en ausencia de presion externa. En la practica, sin embargo, el valor Vg de voltaje de salida correspondiente a presion cero, no es exactamente cero, y necesita ser compensado, con el fin de lograr un valor de medicion de presion preciso. Este valor distinto de cero se denomina “desplazamiento cero”, es decir, el valor de compensacion de voltaje entre los nodos D y B cuando no se ejerce presion externa en (o se aplica a) la membrana del sensor. Puede haber diversas causas de tal desplazamiento cero, por ejemplo, desajuste entre los diversos valores de resistencia debido a imperfecciones del procesamiento del semiconductor, tensiones residuales en la membrana debido al empaquetado de la matriz semiconductora (por ejemplo, silicio), o un campo electrico no homogeneo perpendicular al sustrato, que modifica los resistores no de la misma forma (cambios en la capa de agotamiento). Mientras que para resistores (pelfcula gruesa) discretos, un desajuste entre los diversos valores de resistencia debido al procesamiento del semiconductor se puede corregir mediante corte laser en la etapa de produccion, el corte laser no se usa para piezorresistores que son parte de un circuito CMOS. Ademas, tambien permanecen otros diversos efectos, tales como por ejemplo la tension debida al empaquetado y el gradiente de temperatura (es decir, cuando los diferentes resistores no tienen la misma temperatura).

Tecnicas conocidas:

Se han hecho diversos intentos en la tecnica para reducir el desplazamiento cero.

Por ejemplo, la FIG. 3 muestra un sensor de presion de la tecnica anterior descrito por Honeywell en el documento EP0083496. Se senala que en la ilustracion en el presente documento se anaden lmeas negras a la FIG. 3, para indicar claramente la posicion y orientacion de las bandas piezorresistivas. Este sensor tiene un primer puente con resistores situados en la membrana para medir la presion externa ejercida en la membrana. Este primer puente tiene un desplazamiento cero debido a variaciones de temperatura y debido a la tension de paquete. Este desplazamiento se puede compensar usando la salida de un segundo puente, que tiene cuatro resistores situados fuera de la membrana. Este sensor de doble puente total proporciona un valor de presion que se compensa por la tension de paquete, sin embargo, la compensacion no es perfecta.

Otras tecnicas para compensacion de desplazamiento cero, por ejemplo, midiendo el desplazamiento (a presion externa cero) durante una etapa de calibracion, y almacenando los valores de desplazamiento en una memoria no

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volatil (por ejemplo, rapida), y compensando la lectura midiendo la temperatura, y restando el valor almacenado, tambien son conocidas en la tecnica.

Sin embargo, se ha demostrado que es extremadamente diffcil encontrar una solucion unica que resuelva simultaneamente todos los problemas. Por lo tanto, en la practica, siempre necesitan ser hechos algunos compromisos, por ejemplo en terminos de linealidad (preferiblemente perfectamente lineal), sensibilidad a la presion externa (dependiendo de la aplicacion, pero generalmente preferiblemente tan alta como sea posible), sensibilidad a las variaciones de temperatura y al gradiente de temperatura (preferiblemente tan baja como sea posible en un intervalo de temperatura particular), sensibilidad a la tension de paquete y deriva (preferiblemente tan baja como sea posible).

Presente invencion:

La FIG. 4 muestra un diagrama de bloques esquematico y la FIG. 5 muestra un ejemplo de un diseno parcial de una primera realizacion de un sensor 100 de presion semiconductor segun la presente invencion.

Se repite que el dibujo de la FIG. 5 (y la FIG 8 y la FIG 14) no estan dibujados necesariamente a escala, y que las dimensiones relativas de diferentes elementos en un unico dibujo no necesitan ser exactamente las mismas que las mostradas en los dibujos. Por ejemplo, la longitud de las bandas piezorresistivas puede ser un valor en el intervalo de 6 pm a 60 pm, y la anchura de la membrana puede ser, por ejemplo, un valor en el intervalo de 150 pm a 1.500 pm, pero la relacion de la longitud de la banda y la anchura de la membrana no necesita ser igual a 1/10, sino que puede ser, por ejemplo, un valor en el intervalo de 1/50 a 1/10, por ejemplo, ser un valor en el intervalo de 0.5% a 30%, o ser un valor en el intervalo de 1% a 20%, o un valor en el intervalo de 2% a 10%, por ejemplo alrededor del 4% o alrededor del 8% o alrededor del 12% o alrededor del 15%.

El sensor 100 de presion comprende una membrana 2 como parte de un substrato semiconductor que tiene una forma y dimensiones para permitir que la membrana 2 sea deformada mecanicamente debido a una presion externa. La membrana 2 tiene un borde 21 de la membrana y un espesor de la membrana. La membrana 2 tiene ventajosamente una forma cuadrada o circular, pero tambien se pueden usar otras formas, por ejemplo: rectangular, poligonal, hexagonal, octogonal, o cualquier otra forma adecuada.

El sensor 100 de presion comprende ademas un (primer) par P1 de resistores situado en o adyacente a una primera parte S1 lateral de la membrana 2. El (primer) par P1 de resistores comprende un primer resistor R1 conectado entre un primer nodo A de polarizacion y un primer nodo D de salida, y un segundo resistor R2 conectado entre dicho (mismo) primer nodo A de polarizacion y un segundo nodo B de salida, diferente del primer nodo D de salida.

Durante la operacion, un voltaje de polarizacion, por ejemplo, el voltaje VDD de alimentacion del chip se aplica al nodo A de polarizacion. Esto ofrece la ventaja de que el voltaje mas alto (en el chip) se aplica al nodo comun de los resistores, y que todos los resistores estan conectados a una fuente de voltaje ohmica baja (de esta manera, el valor de voltaje no cambiara significativamente cuando se extraiga una corriente). En la realizacion de la FIG. 4 y la FIG. 5, este contacto ohmico bajo tambien se usa para mantener el potencial del silicio de tipo n alrededor de los piezorresistores de tipo p igual o superior que el potencial local de los resistores de tipo p para formar una capa de agotamiento de aislamiento.

La resistencia (electrica) del segundo resistor R2 es sustancialmente igual, por ejemplo, igual a la del primer resistor R1 (en ausencia de presion externa), dentro de un margen de tolerancia muy pequeno (por ejemplo, menos del 1%, preferiblemente menos del 0,25%), que se logra, entre otras cosas, haciendo coincidir el diseno de los resistores, y en algunas realizaciones, colocando los dos resistores en un unico pozo N.

El sensor 100 de presion comprende ademas una primera fuente CS1 de corriente conectada al primer nodo D de salida y adaptada para hacer que una primera corriente I1 predefinida fluya a traves de la primer resistor R1 de modo que el primer nodo D de salida asuma un primer voltaje Vout- de salida, y una segunda fuente CS2 de corriente conectada al segundo nodo B de salida, y adaptada para hacer que una segunda corriente I2 predefinida fluya a traves del segundo resistor R2 de modo que el segundo nodo B de salida asuma un segundo voltaje Vout+ de salida. Las fuentes de corriente adaptadas para proporcionar una corriente que es bastante independiente de la temperatura, son bien conocidas en la tecnica de dispositivos semiconductores, y por lo tanto no necesitan ser descritas en detalle aqrn. Las fuentes CS1 y CS2 de corriente se “hacen coincidir”, y proporcionan una corriente I1 e I2 predefinida, que son identicas dentro de un margen de tolerancia de menos del 1,0%, preferiblemente de menos del 0,5% o incluso de menos del 0,25%. En realizaciones preferidas, la fuente CS1 y CS2 de corriente tienen sustancialmente la misma calidad de adaptacion que los resistores R1, R2 o mejor usando tecnicas de conmutacion. Las fuentes CS1, CS2 de corriente tienen una impedancia de salida “grande”, por ejemplo, al menos 5 veces la resistencia R1, R2, por ejemplo al menos 10 veces o al menos 20 veces.

Como se puede ver a partir de la FIG. 5 (y la FIG. 9 y la FIG. 10 incluso con mas detalle), el primer resistor R1 comprende una o mas, por ejemplo, dos o tres primeras bandas 8 piezorresistivas alargadas dispuestas en una primera direccion X para medir la deformacion de la membrana 2 debida a la presion externa a ser medida. Del mismo modo, el segundo resistor R2 comprende una o mas, por ejemplo dos o tres segundas bandas 9 piezorresistivas alargadas dispuestas en una segunda direccion Y, sustancialmente ortogonal a la primera direccion

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X, para medir la deformacion de la membrana 2 debida a dicha presion externa. Preferiblemente, el diseno de la primera y la segunda bandas 8, 9 resistivas se hace coincidir, lo que significa que las bandas tienen un diseno identico (aparte de traslacion, rotacion, y reflejo.

Con referencia de nuevo a la FIG. 4, se senala que la “flecha hacia arriba” en R1 y la “flecha hacia abajo” en R2 es una indicacion grafica de que, R1 y R2 estan dispuestos de manera que, si R1 aumenta debido a una presion externa, entonces R2 disminuye, o viceversa.

Tambien se senala que, en la FIG. 4 y la FIG. 5, las fuentes CS1 y CS2 de corriente estan conectadas directamente a los resistores R1, R2 y a tierra, pero eso no es absolutamente requerido para la presente invencion. Sin embargo, cualquier componente adicional (por ejemplo, resistor, diodos, etc.) en el camino desde el nodo A hasta R1 y CS1 y tierra disminuina la oscilacion de voltaje disponible de la senal Vout, lo cual es indeseable, debido a que influye negativamente en la sensibilidad.

Ventajas de la presente invencion:

Como se puede ver en la FIG. 5, el primer resistor R1 y el segundo resistor R2 estan situados deliberadamente en el mismo lado (mas espedficamente, cerca del medio de un primer lado S1 de una membrana cuadrada), en lugar de estar dispuestos en diferentes lados de la membrana 2. Haciendolo asf, la distancia entre los resistores es “pequena” y, de esta manera, la temperatura T1, T2 de los resistores R1, R2 es sustancialmente la misma (T1“T2). Dado que la resistencia del primer y segundo resistor es igual, y dado que ambos resistores estan hechos del mismo material, la resistencia de ambos resistores variara con la temperatura de la misma forma (por ejemplo, ambas aumentan en un 5% cuando aumenta la temperatura). No importa si esta variacion es lineal o no lineal con la temperatura, siempre que la funcion sea la misma para ambos resistores, el cual es el caso cuando esta siendo usado el mismo material. Tal aumento (o disminucion) de la resistencia R1, R2 con la temperatura hara que ambos voltajes Vout-, Vout+ de salida disminuyan (o aumenten) en aproximadamente la misma cantidad (en primer orden), pero no influira significativamente a la diferencia entre ellos. En otras palabras, las variaciones de temperatura se muestran (principalmente) como una senal en modo comun, pero no influyen a la senal diferencial. A partir de lo anterior se puede entender que el circuito de la FIG. 4 es sustancialmente insensible a las variaciones de temperatura (con el tiempo), y tambien a un gradiente de temperatura sobre la membrana 2 (debido a los resistores que estan situados en estrecha proximidad). La insensibilidad a un gradiente de temperatura es una ventaja principal de la presente invencion.

Usando una fuente CS1 de corriente conectada en serie con un unico resistor R1 (no dos resistores en serie, como es el caso para un puente de Wheatstone), permite usar una corriente I1 mayor que fluye a traves de los resistores (por ejemplo, en el orden de VDD/R - 0,3V suponiendo una cafda de voltaje a traves de la fuente de corriente de 0,3V, en lugar de VDD/2R en caso de un puente de Wheatstone). Para un voltaje VDD de alimentacion de alrededor de 3,3 V, esto significa que la sensibilidad del circuito de la FIG. 4 se aumenta aproximadamente en un 80%. Esta sensibilidad aumentada es una ventaja importante de la presente invencion.

El primer y segundo voltaje Vout-, Vout+ de salida forman una primera senal AVout de voltaje diferencial indicativa de la presion externa a ser medida. La primera senal AVout de voltaje diferencial es sustancialmente proporcional a la presion externa aplicada al sensor de presion, debido a que el circuito proporciona dos voltajes de salida que vanan linealmente con el cambio de la resistencia R1, R2, que a su vez vanan linealmente con la deformacion de la membrana, que a su vez vana linealmente con la cantidad de presion externa aplicada a la membrana 2. El circuito de la presente invencion proporciona una mejor linealidad que los circuitos de la tecnica anterior que usan un puente de Wheatstone, debido a que la corriente que fluye a traves de las fuentes CS1, CS2 de corriente (de la presente invencion) es independiente de la presion aplicada a la membrana, mientras que la corriente que fluye a traves de la rama izquierda y derecha de un puente de Wheatstone cambia con la presion aplicada, debido a que el coeficiente piezorresistivo transversal no es tan grande como el coeficiente piezorresistivo longitudinal, de esta manera la resistencia total de R1+R2 (vease la FIG. 2) cambia con la presion externa, por lo tanto la corriente que fluye a traves de la rama izquierda l=Vbias/(R1+R2) cambia con la presion, lo que introduce una no linealidad en la sensibilidad. Esta no linealidad se evita en los circuitos propuestos por la presente invencion usando las fuentes CS1, CS2 de corriente. Es una ventaja importante de la presente invencion que proporciona una senal AVout de salida con una linealidad mejorada.

Diseno de resistor:

La FIG. 9 muestra el patron de diseno de la FIG. 5 con mas detalle (y reflejado). Las “regiones de salida” 6, asf como las “partes de esquina” 3 que interconectan las bandas 8, 9 piezorresistivas estan hechas de una capa fuertemente dopada del primer tipo de dopante, por ejemplo, una capa difusa de tipo p+ fuertemente dopada. Tienen una resistencia electrica relativamente baja, y se extienden en una direccion de coeficientes piezorresistivos relativamente pequenos (en el ejemplo mostrado, preferiblemente en angulos de +/- 45° con respecto a la primera y segunda direccion Y, X). Las regiones 6 de salida se extienden mas alla del borde 21 de la membrana 2, y estan en contacto ohmico con los electrodos conductores, por ejemplo, electrodos 4 de metal, situados en el volumen, fuera de la membrana 2. Tales electrodos 4 de metal por ejemplo pueden comprender aluminio.

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Dado que las capas difusas del primer tipo dopante, por ejemplo, capas 8, 9 difusas de tipo p que constituyen los elementos de deteccion de presion tienen un coeficiente piezorresistivo relativamente grande, por ejemplo, el maximo, su resistencia electrica vana extremadamente por un esfuerzo que se desarrolla debido a la deformacion de la membrana 2 semiconductora, por ejemplo, de silicio. Es decir, estos elementos de deteccion de presion son muy sensibles a una presion o similar. Por el contrario, dado que las capas difusas estan fuertemente dopadas con dopantes del primer tipo de dopante, por ejemplo, capas difusas p+ fuertemente dopadas, las interconexiones 3 y 6 estan dispuestas en orientaciones de coeficientes piezorresistivos relativamente pequenos, por ejemplo, mmimos, son las menos sensibles a un cambio de presion. Orientando las bandas 8 piezorresistivas del primer resistor R1 cerca de y ortogonal a las bandas 9 piezorresistivas del segundo resistor R2, una presion ejercida en la membrana 2 tendra un efecto opuesto en la resistencia electrica del primer y segundo resistores R1, R2, en el sentido de que, cuando la resistencia del primer resistor R1 aumenta debido a la presion ejercida sobre la misma, la resistencia del segundo resistor R2 disminuye, y viceversa, haciendo que el primer voltaje Vout- de salida disminuya y que el segundo voltaje Vout+ de salida aumente (o viceversa), teniendo de esta manera un efecto opuesto en los voltajes de salida, proporcionando de esta manera una senal de salida diferencial que vana fuertemente con la presion aplicada.

Situando los contactos entre los electrodos 4 conductores, por ejemplo, de metal, y las regiones 6 de salida del primer tipo dopante, por ejemplo las regiones de salida de tipo p+, en gran parte fuera de la membrana 2, se puede reducir, por ejemplo, minimizar, la influencia que se ejerce sobre la deformacion de la membrana semiconductora, por ejemplo, de silicio, por la tension residual que se desarrolla en las inmediaciones de la parte de contacto, y cualquier histeresis debida a los cambios de temperatura.

Una ventaja particular del diseno mostrado en la FIG. 9 es que la parte 6b de salida del nodo A (comun) se encamina entre las partes 6a, 6b de salida de los nodos D, B de salida. Esto ofrece la ventaja de que el encaminamiento pasa solamente sobre una distancia minima (o ninguna distancia en absoluto) sobre la membrana 2.

En el ejemplo mostrado en la FIG. 9, los resistores R1 y R2 son de material semiconductor de tipo p, incrustado en una estructura de pozo N. En realizaciones preferidas de la presente invencion, el pozo N esta conectado electricamente al nodo A de polarizacion (como se muestra explfcitamente en la FIG. 4 y la FIG. 6). En algunas realizaciones, la membrana entera esta hecha de material de tipo n, que actua como pozo N. En este caso, la membrana establece la capa de agotamiento para todos los resistores. Haciendolo asf, el espesor de la capa de agotamiento entre el material de resistor de tipo p y el pozo N se reduce a un mmimo y se mantiene igual para ambos resistores, lo que permite una lectura mas rapida (mayor ancho de banda). De hecho, en la realizacion de la FIG. 4: en un extremo del resistor (conectado al nodo A de polarizacion) hay una diferencia de voltaje cero entre el resistor y el pozo n, en el extremo opuesto del resistor (en el nodo D, B de salida) la diferencia de voltaje es I x R, de esta manera hay una diferencia de voltaje media de I x R/2 sobre la capa de agotamiento.

Por el contrario, en la realizacion de la FIG. 6, que es una segunda realizacion de un sensor 200 de presion segun la presente invencion, que tiene muchos de los mismos rasgos y ventajas de la primera realizacion de un sensor 100 de presion de la presente invencion, la diferencia de voltaje entre el resistor R1, R2 y el pozo n es (Vbias - I x R) en un extremo del resistor, y es Vbias en el otro extremo del resistor, de esta manera en media: Vbias - (I x R)/2, que es tfpicamente algo mayor que en el caso de la FIG. 4. De esta manera, la capa de agotamiento entre los resistores y el pozo N tendra (tfpicamente) un espesor T mayor en la realizacion de la FIG. 6 en comparacion con el de la FIG. 4, lo cual es desventajoso para una lectura rapida.

Como se puede ver, el circuito de la FIG. 6 necesita cuatro contactos en la medida que preferiblemente el pozo n esta conectado a un nodo de voltaje ohmico bajo con un voltaje que es igual o mayor que el voltaje en los nodos D y B. La capa de agotamiento forma una carga capacitiva y conectandola a una de las salidas y no por separado, la coincidencia de los resistores se compromete en la medida que el resistor conectado al pozo n tendra una capacitancia mucho mayor que el resistor que no esta conectado al pozo. Cuando las conexiones al sensor se hacen con cables de enlace, la configuracion de la FIG. 6 necesitara cuatro almohadillas de union, mientras que la configuracion de la FIG. 4 necesita solamente tres almohadillas de union. En otras palabras: si la estructura de diseno de resistores de la FIG. 9 ha de ser usada en el circuito de la FIG. 6, o bien el pozo N se puede conectar al voltaje de polarizacion (por ejemplo, a traves de una almohadilla de enlace adicional, en caso de que el sustrato de la membrana y el sustrato con las fuentes de corriente no sea el mismo), o bien alternativamente, el pozo N se puede conectar a uno de los nodos de salida, pero esto tiene la desventaja de crear una impedancia capacitiva asimetrica para los dos resistores R1, R2.

La FIG. 10 muestra otro ejemplo de un patron de diseno que se puede usar en realizaciones del sensor 100, 200 de presion descrito anteriormente. En este ejemplo, cada resistor R1, R2 contiene tres bandas 8, 9 piezorresistivas (indicadas en gris oscuro) dispuestas en “estrecha proximidad” del borde 21 de la membrana. Lo que se quiere decir con “cerca” y “proximo” se cuantificara cuando se describa la FIG. 11. Como se muestra en la FIG. 9 y la FIG. 10, las bandas 8, 9 piezorresistivas de cada resistor particular son paralelas entre sf, pero las bandas piezorresistivas de los diferentes resistores del par estan orientadas ortogonalmente una con respecto a la otra.

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La FIG. 11 muestra una vista agrandada de las bandas 8, 9 piezorresistivas de la FIG. 10. Como se puede ver, las bandas 8, 9 piezorresistivas estan situadas “muy cerca proximas al borde de la membrana”. Con el fin de cuantificar que los resistores R1 y R2 del primer par P1 estan situados “cerca” entre sf (en comparacion con el tamano de la membrana 2), se define una distancia MD maxima entre un punto de las primeras bandas 8 de resistores (del primer resistor R1) y un punto de las segundas bandas 9 de resistores (del segundo resistor R2), donde dichos puntos estan indicados por puntos negros con propositos ilustrativos. En realizaciones preferidas de la presente invencion, la relacion de dicha distancia MD maxima y una dimension de la membrana 2 (en el caso de una membrana cuadrada dicha dimension se elegina que sea la anchura W de la membrana), es decir, MD/W es menos del 50%, preferiblemente menos del 40%, preferiblemente menos del 35%, preferiblemente menos del 30%, preferiblemente menos del 25%, preferiblemente menos del 20%, preferiblemente menos del 15%, tal como por ejemplo de alrededor del 10%. En caso de que la membrana 2 tenga una forma circular, la relacion se calculana como la longitud de dicha distancia MD maxima sobre el diametro del drculo. En caso de que la membrana tenga una forma elfptica, la relacion se calculana como la distancia MD maxima sobre el mayor de los dos ejes de la elipse. En caso de que la membrana 2 tenga una forma sustancialmente octogonal, la relacion se calculana como la longitud de dicha MD diagonal sobre la distancia entre lados opuestos del octogono, etc.

Aunque no visible en la FIG. 9 a la FIG. 11, pero visible en la FIG. 5, los resistores R1, R2 estan situados preferiblemente tambien “alrededor de en el medio” del lado S1 de la membrana 2, debido a que para una forma de membrana cuadrada, se crea una tension de traccion maxima en el medio de cada lado. Con “alrededor de en el medio de un lado” se quiere decir dentro de un drculo imaginario que tiene su centro en el centro del lado, y que tiene un diametro de menos del 50% de la “dimension de la membrana” mencionada anteriormente (por ejemplo, la anchura de un cuadrado, el diametro de un drculo, etc.), preferiblemente de menos del 40%, mas preferiblemente de menos del 30%, incluso mas preferiblemente de menos del 20%. En caso de una membrana circular, la membrana no tiene “lados”, pero se puede usar la misma definicion considerando el cuadrado tangencial (como se ilustra). Tambien para membranas redondas, las bandas tienen que estar alineadas en las direcciones <110> con el fin de tener sensibilidad piezorresistiva maxima.

Como se ilustra en la FIG. 11, la posicion de las bandas 8, 9 piezorresistivas con respecto al borde 21 de la membrana (indicado en lmea de puntos), en particular la distancia “d1” entre el centro de las bandas 8 y el borde 21 de la membrana, se puede elegir para crear un maximo de cambio de resistencia de las tres bandas juntas (por ejemplo, AR1) cuando se aplica una presion. Para un numero elegido de bandas piezorresistivas (por ejemplo, tres en la realizacion mostrada), y para las dimensiones elegidas (longitud y anchura de las bandas, y distancia entre las bandas), se puede determinar la distancia “d1” optima en terminos de sensibilidad maxima con respecto a la presion, por ejemplo calcular o simular o determinar de cualquier otra forma, por ejemplo a traves de la variacion de diseno. Del mismo modo, para un numero elegido de bandas 9, y para las dimensiones elegidas de las mismas, se puede determinar una distancia “d2” optima en terminos de sensibilidad maxima con respecto a la presion. El valor de “d2” se puede determinar independiente del valor de “d1”, pero es dependiente del tamano de la membrana y del espesor T de la membrana. El modelado de elementos finitos se puede usar para determinar estas distancias d1, d2 “optimas”. Sin embargo, la invencion tambien funcionara con posiciones suboptimas. Las simulaciones han demostrado que tal posicion optima, por ejemplo, se puede obtener “desplazando” las bandas 8 resistivas alrededor del 25% sobre el borde 21 de la membrana, y “desplazando” la banda 9c resistiva completamente sobre el borde 21 de la membrana, pero tambien funcionaran otros valores de d1 y d2, siempre que el primer resistor R1 y el segundo resistor R2 esten situados “adyacentes” al borde 21 de la membrana, dentro de una distancia de a lo sumo 3 veces (<3x) el espesor T de la membrana, preferiblemente de menos que 2,5 veces T, por ejemplo de menos que 2,0 veces T, y sustancialmente proximo al medio de cualquier lado de la membrana 2.

Con referencia de nuevo a la FIG. 5, se puede verse de esta manera que los resistores R1 y R2 del primer par estan dispuestos “muy cerca” (respecto al tamano de la membrana 2), y por lo tanto se puede suponer (o aproximar) que las temperaturas de las bandas piezorresistivas de R1 y R2 son sustancialmente iguales, digamos T1. De esta manera, situando las bandas 8, 9 de los resistores R1 y R2 “relativamente muy cerca”, mas espedficamente de manera que la distancia MD mayor posible definida por las bandas sea solamente una fraccion (por ejemplo, menos del 50%, preferiblemente menos del 20%) de una dimension W mayor (longitud, anchura, diametro, etc.) de la membrana 2, la diferencia de temperatura |T1-T2| entre los resistores R1, R2 tambien sena solamente una fraccion de la diferencia de temperatura total que puede existir sobre la membrana 2. Por lo tanto, la sensibilidad del sensor de presion con respecto a cualquier gradiente de temperatura sobre la membrana 2 se reduce drasticamente y, de esta manera, se aumenta la precision del sensor de presion.

La FIG. 12 es una representacion esquematica de una tension radial (por ejemplo, causada por la presion externa) mostrada en cuatro ubicaciones de una membrana cuadrada, cuya tension esta causada tfpicamente por una presion (a ser medida) ejercida en la membrana en una direccion perpendicular al sustrato. Entonces se puede entender que, cuando la orientacion de las bandas 8, 9 piezorresistivas de R1 y R2 son ortogonales entre sf, el efecto de tal presion radial ejercida en una direccion sustancialmente perpendicular al plano XY de la membrana 2 (en la direccion Z), hara que el valor de R1 aumente (debido a que aumenta la longitud de las piezobandas), y que el valor de R2 disminuya (debido a que aumenta su anchura), o viceversa.

La FIG. 13 es una representacion esquematica de una tension (no radial) uniforme (en el ejemplo mostrado de izquierda a derecha) en cuatro ubicaciones de una membrana cuadrada, cuya tension no radial uniforme puede ser

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causada por el empaquetado. ^Como reaccionana el circuito de la FIG. 4 a tal tension? En el caso ilustrado en la FIG. 13, el valor de R1 aumentana, y el valor de R2 disminuina, por lo tanto, el circuito de la FIG. 4 no puede diferenciar entre presion externa y tension de paquete no radial uniforme, lo que es una desventaja de la primera realizacion. (Por supuesto, el desplazamiento cero correspondiente todavfa se puede reducir de otras formas, por ejemplo, midiendo el desplazamiento cero durante la produccion, almacenando dicho valor en una memoria rapida, y restando el valor durante el uso real del dispositivo).

En resumen, y con referencia de nuevo a la FIG. 4, el comportamiento de la Tabla 1 ahora se puede entender por los resistores R1, R2 individuales, y por el sensor 100 de presion, segun la primera realizacion:

TABLA 1: comportamiento de la primera realizacion

R1 R2 sensor 100 de presion

presion (radial) externa

arriba (abajo) abajo (arriba) alta sensibilidad buen comportamiento lineal

temp T1 variable

R1=f(T1) R2=f(T2), T2«T1 insensible (modo comun)

Gradiente de temp

-- -- insensible

tension (no radial) uniforme

arriba (abajo) abajo (arriba) sensible (visto como “senal”)

La FIG. 5 ya se ha tratado anteriormente. El dibujo muestra una realizacion con una membrana circular, y con una membrana cuadrada en un unico dibujo. El comportamiento de ambas implementaciones es muy similar. Mientras que el diseno de resistor dual de la FIG. 9 (con dos resistores, cada uno que tiene dos bandas piezorresistivas) se uso en el sensor 100 de presion de la FIG. 5, se debera aclarar que tambien podna haber sido usado el diseno de la FIG. 10 (con dos resistores, cada uno que tiene tres bandas piezorresistivas).

La FIG. 6 muestra un diagrama de bloques esquematico de una segunda realizacion de un sensor 200 de presion segun la presente invencion. Esta es una variante de la FIG. 4, y ya se trato brevemente anteriormente. Todo lo que se menciona anteriormente para la primera realizacion 100 tambien es aplicable para esta realizacion, excepto que la posicion de los resistores R1, R2 y las fuentes CS1, CS2 de corriente esta intercambiada. En realidad, en la FIG. 4 las fuentes de corriente estan conectadas con un extremo a tierra mientras que en la FIG. 6 las fuentes de corriente estan conectadas con un extremo al nodo A de polarizacion. Ademas, en la FIG. 4 los resistores R1 y R2 estan conectados con un nodo al nodo A de polarizacion mientras que en la FIG. 6 los resistores estan conectados con un nodo a tierra.

El comportamiento y rendimiento de la segunda realizacion 200 es muy similar al de la primera realizacion 100, excepto para la capacitancia de los resistores R1, R2, que es relevante para mediciones AC y comportamiento transitorio. El espesor de la capa de agotamiento entre los resistores R1, R2 y el pozo N en la FIG. 6 es tfpicamente mayor que el de la FIG. 4, por lo tanto la realizacion de la FIG. 6 puede tener un ancho de banda reducido. Aparte de esto, la segunda realizacion ofrece las mismas ventajas de sensibilidad alta/mejorada, linealidad buena/mejorada, insensibilidad a variaciones de temperatura y gradiente de temperatura, enumeradas en la TABLA 1. Mediante la adicion de un contacto de polarizacion separado para el pozo N los resistores R1, R2 tambien se pueden hacer coincidir para la capacitancia de la capa de agotamiento.

La FIG. 7 muestra un diagrama de bloques esquematico de una tercera realizacion de un sensor 300 de presion segun la presente invencion, y la FIG. 8 muestra un ejemplo de un diseno posible de parte del mismo. El sensor 300 de presion tiene todos los componentes del sensor 100 de presion de la primera realizacion, y por lo tanto, todo lo que se menciona anteriormente para la primera realizacion, tambien es aplicable para esta realizacion, a menos que se mencione espedficamente de otro modo.

Ademas, esta realizacion comprende ademas: un segundo par P2 de resistores situado en o adyacente a una segunda parte S2 lateral de la membrana 2. La segunda parte S2 lateral esta situada a una distancia angular de 90° de la primera parte S1 lateral que se mide desde el centro de la membrana 2. El segundo par P2 de resistores comprende un tercer resistor R3 conectado electricamente en paralelo con el segundo resistor R2 entre dicho (primer) nodo A de polarizacion y dicho segundo nodo B de salida, y un cuarto resistor R4 conectado en paralelo con el primer resistor R1 entre dicho (primer) nodo A de polarizacion y dicho primer nodo D de salida. El tercer resistor R3 comprende una o mas, por ejemplo dos o tres terceras bandas 10 piezorresistivas alargadas dispuestas en la primera direccion X. Es esencial que esta direccion sea la misma direccion que las bandas 8 piezorresistivas del primer resistor R1 (como se describira ademas). El cuarto resistor R4 comprende una o mas segundas bandas 11 piezorresistivas alargadas dispuestas en la segunda direccion Y.

Se senala en la FIG. 7, que la “flecha hacia arriba/abajo” en R1, R2, R3, R4 es una indicacion grafica que significa que si el valor de resistencia de R1 aumenta debido a la presion externa, entonces el valor de R4 tambien aumenta, pero el valor de R2 y R3 disminuye.

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Sin embargo, con el fin de apreciar completamente las ventajas de este circuito 300, el lector tambien debena considerar la estructura de diseno de la FIG. 8, y imaginar que ocurrira en caso de variaciones de temperature con el tiempo, que ocurrira en caso de un gradiente de temperature sobre la membrana (T1“T2, y T3“T4, pero T1<>T3), que ocurrira en caso de que una presion externa se aplique a la membrana (vease el patron de tension radial de la FlG. 12), y que ocurrira en caso de tension de paquete no radial uniforme (vease el ejemplo de la FIG. 13). Este comportamiento se resume en la Tabla 2:

TABLA 2: comportamiento de la tercera realizacion

R1 R2 R3 R4 sensor 300 de presion

presion externa (patron de tension radial)

arriba (abajo) abajo (arriba) abajo (arriba) arriba (abajo) alta sensibilidad buen comportamiento lineal

Temp T1 variable

R1=f(T1) R2=f(T2), T2«T1 R3=f(T3) R4=f(T4), reducida o insensible (modo comun)

Gradiente de temp (T1<>T3)

T1 T2«T1 T3 T4»T3 reducida o insensible [*1]

tension (no radial) uniforme

arriba (abajo) abajo (arriba) arriba (abajo) abajo (arriba) reducida o insensible [*2]

[*1]: El sensor 300 de presion es relativamente insensible a un gradiente de temperatura sobre la membrana (es decir, T1 no es igual a T3), debido a que R1 y R2 aumentaran o disminuiran ambas de la misma manera, y R3 y R4 aumentaran o disminuiran ambas de la misma manera, por lo tanto la conexion en paralelo de R1 y r4 tambien aumentara o disminuira sustancialmente de la misma manera como la conexion en paralelo de R2 y R3 (no exactamente, pero igual en una aproximacion de primer orden). Cuanto mas cercanas estan las bandas 8, 9 de R1 y R2 por una parte, y las bandas 10, 11 piezorresistivas de R3 y R4 por otra parte estan situadas juntas, menor sera la diferencia de temperatura entre R1 y R2, y menor sera la diferencia de temperatura entre R3 y R4. Incluso aunque esta compensacion puede no ser perfecta, esta claro que este efecto no esta presente en todos cuando las bandas piezorresistivas estan situadas en cuatro lados diferentes de la membrana. Por lo tanto, situar los resistores R1 y R2 proximos a un primer lado, y R3 y R4 proximos a un segundo lado, ofrece una ventaja clara sobre la tecnica anterior.

[*2]: El sensor 300 de presion es relativamente insensible a tension (no radial) uniforme, por ejemplo, tension de paquete, debido a que R1 y R4 tienen un comportamiento opuesto (debido a la orientacion y ubicacion de sus bandas piezorresistivas): si R1 aumenta debido a la tension uniforme (vease la FIG. 13), entonces R4 disminuira debido a que las bandas de R1 y R4 son perpendiculares entre sf). Del mismo modo, R2 y R3 tienen un comportamiento opuesto para tension no radial uniforme (vease la FIG. 13). Y dado que R1 y R4 estan conectados en paralelo, y R2 y R3 estan conectados en paralelo, el efecto combinado se reduce drasticamente, o incluso se elimina (en primer orden). En otras palabras: una tension (no radial) uniforme, por ejemplo, debida a tension de paquete, ejercida en el dispositivo 300 no cambiara significativamente el voltaje AVout de salida, aunque un desplazamiento en modo comun pequeno de los voltajes Vout-, Vout+ en los nodos D, B de salida se puede observar cuando la relacion de los coeficientes transversal y longitudinal no es exactamente menos uno.

Una comparacion de la Tabla 2 y la Tabla 1 muestra que la ventaja principal de un sensor 300 de presion segun la tercera realizacion es que tiene la ventaja adicional de ser relativamente insensible a tension (no radial) uniforme, por ejemplo tension de paquete.

La FIG. 8 no se describira en detalle, debido a que es muy similar a la FIG. 5. El lector entendera que, incluso aunque los resistores R1, R2, R3, R4 se muestran con bandas piezorresistivas solamente (usando el diseno de la FIG. 9), tambien es posible por supuesto un diseno de resistores con tres piezobandas (usando el diseno de la FIG. 10). Es preferible si se usa el mismo patron de diseno (aparte de desplazar, girar y reflejar) para el primer par P1 de resistores y para el segundo par P2 de resistores, pero que no se requiere en absoluto, y la invencion tambien funcionara si por ejemplo el primer par P1 de resistores usase el diseno de la FIG. 9, y el segundo par P2 de resistores usase el diseno de la FIG. 10, o viceversa, a condicion de que las orientaciones relativas y el valor de resistencia R1=R2=R3=R4 se mantenga. Sin embargo, usar un unico patron de diseno dana como resultado una coincidencia mejor, por lo tanto ha de ser esperada una precision mayor. La sensibilidad de un resistor esta influida por el diseno y por lo tanto se prefiere el mismo diseno de las bandas piezorresistivas.

La FIG. 9 ya se ha descrito anteriormente. Sin embargo, cuando se usa en la segunda realizacion 200 (FIG. 6), necesita ser hecha una modificacion, debido a que Vbias sena realmente Tierra, y el pozo N se conectana a Vdd, no a tierra. De esta manera, el “contacto n” tendna que ser proporcionado a traves de un cuarto contacto, mas que a traves del contacto de Vbias. Lo mismo se aplica para la FIG. 10, cuando se usa en la segunda realizacion 200.

Esto refleja otra ventaja de la estructura de diseno de la FIG. 9 y la FIG. 10. Cuando las fuentes de corriente no estan integradas en el chip del sensor, el diseno de resistores de la FIG. 9 y la FIG. 10 solamente requiere 3

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almohadillas de union, mientras que un puente de Wheatstone siempre requiere 4 almohadillas de union: una para VDD, una para GND, y dos para la senal de salida.

La FIG. 11 a la FIG. 13 ya se trataron anteriormente.

La FIG. 14 ilustra una cuarta realizacion de un sensor 400 de presion segun la presente invencion. Un sensor 400 de presion segun la cuarta realizacion tiene todos los rasgos de un sensor de presion segun la tercera realizacion. Con el fin de describir la cuarta realizacion, el circuito mostrado en la FIG. 7 se denominara “primer subcircuito”. Un sensor de presion segun la cuarta realizacion tendna entonces tambien un “segundo subcircuito”, electricamente identico al primer subcircuito mostrado en la FIG. 7, pero que comprende un tercer y cuarto par P3, P4 (en lugar de P1, P2) de resistores y con una tercera y cuarta fuente CS3, CS4 (en lugar de CS1, CS2) de corriente.

El segundo subcircuito que comprende P3, P4, CS3, CS4 esta polarizado preferiblemente por el mismo voltaje Vbias de polarizacion y tierra Gnd que el primer subcircuito, aunque eso no es absolutamente requerido. El segundo subcircuito proporciona una segunda senal AVref de salida diferencial. El tercer par P3 comprende dos resistores R5, R6 (correspondientes a R1 y R2 del primer subcircuito) y el cuarto par P4 comprende dos resistores R7, R8 (correspondientes a R3 y R4 del primer subcircuito). Los resistores R5, R6, R7, R8 estan situados adyacentes a y sustancialmente en el medio del primer y segundo lado S1, S2 de la membrana 2, fuera de la membrana 2, en el material en volumen. No estan destinados a medir desviaciones de la membrana 2, sino a medir solamente el esfuerzo (radial) debido a empaquetado.

Usando el mismo patron de diseno o similar (o girado, trasladado, reflejado) que se muestra en la FIG. 9 o la FIG. 10, las bandas piezorresistivas de R5 y R6 estan situadas “muy cerca” respecto al tamano de la membrana (usando la misma formula MD/W), y por lo tanto la temperatura del quinto y sexto resistores R5, R6 se puede considerar que es sustancialmente la misma, digamos T5. Del mismo modo la temperatura del septimo y octavo resistor R7, R8 se puede considerar sustancialmente la misma. De esta manera organizando los resistores del segundo subcircuito (externo) en pares P3, P4 (mas que como resistores individuales extendidos alrededor de la membrana 2, como se hace en la tecnica anterior), tambien el segundo subcircuito es sustancialmente insensible, por ejemplo, insensible a un gradiente de temperatura, lo que es una ventaja importante sobre la tecnica anterior, cuando se usa la salida AVref del segundo subcircuito que comprende P3, P4 para corregir la salida AVout del primer subcircuito que comprende P1, P2.

Debido a que el espesor T de la membrana 2, tipicamente del orden de 10 a 100 micrometros es normalmente mucho mas pequeno, por ejemplo, al menos diez veces mas pequeno que el tamano de la membrana (por ejemplo, una anchura de la membrana en el intervalo de 200 a 2.000 micrometros), el tercer par P3 de resistores esta situado relativamente “cerca” del primer par P1 de resistores, y el cuarto par P4 de resistores esta situado relativamente “cerca” del segundo par P2 de resistores, de manera que la presion detectada por el tercer par P3 de resistores debida al empaquetado es sustancialmente la misma que la presion ejercida por el paquete en el primer par P1 de resistores, y la presion detectada por el cuarto par P4 de resistores debida al empaquetado es sustancialmente la misma que la presion ejercida por el paquete en el segundo par P2 de resistores.

De esta manera el valor medido por el primer subcircuito (interno) es indicativo de la presion externa y la tension de paquete, mientras que el valor medido por el segundo subcircuito es indicativo de la tension de paquete solamente. Si se elige un diseno identico para los resistores R1-R4 y para R5-R8 del primer y del segundo subcircuito, y si se elige el mismo voltaje Vbias de polarizacion para el primer y segundo subcircuito (en la FIG. 14 estan cableados ffsicamente), el valor del segundo subcircuito se puede restar del valor del primer subcircuito para compensar la tension de paquete, en formas conocidas en la tecnica (por ejemplo mediante un controlador digital, despues de ADC). Pero la invencion no esta limitada a eso, y en general, el valor del segundo subcircuito sena proporcional a la tension de paquete, y una fraccion predefinida del valor AVref se puede restar de otra manera (por ejemplo, de una manera analoga) de la salida AVout del primer subcircuito para compensar el desplazamiento cero frente a la tension de paquete.

Aunque el uso de un segundo subcircuito en un intento de compensar el error de desplazamiento debido a la tension de paquete ya se ha mencionado en la tecnica anterior (vease el documento EP0083496A2), los experimentos han demostrado que la compensacion de desplazamiento descrita en la tecnica anterior (donde resistores individuales estan distribuidos sobre los cuatro lados de la membrana y el volumen), no funciona muy bien, y es bastante sensible a un gradiente de temperatura.

Se encontro que, cuando los resistores de los dos subcircuitos estan organizados en pares P1, P2 y P3, P4, como se ha descrito en la presente invencion, y como se muestra por ejemplo en la FIG. 14, la coincidencia entre el primer subcircuito (interno) que mide la presion de la membrana y el segundo subcircuito (externo) que mide solamente la tension de paquete es al menos 3,0 veces la de la tecnica anterior. De esta manera mientras que la tecnica anterior tiene “una” provision para compensar la tension de paquete, la precision de esa provision no es muy alta, y la precision proporcionada por la presente invencion es un factor de al menos 3,0 veces mayor. Esta es una mejora importante sobre la tecnica anterior.

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Se cree que una de las razones subyacentes de por que la coincidencia de los subcircuitos organizados en pares como se describe en la presente memoria es significativamente mejor que la coincidencia de los subcircuitos de la tecnica anterior, esta relacionada principalmente con el hecho de que la distancia entre las bandas piezorresistivas dentro de los pares es mucho mas corta que la distancia entre las bandas piezorresistivas de los subcircuitos clasicos, sin embargo, los inventores no desean estar limitados a ninguna teona.

Situando el tercer par P3 “cerca” del primer par P1, automaticamente tambien la temperatura de los resistores R1, R2, R5 y R6 sera sustancialmente la misma (de esta manera T1=T2=T5=T6), aunque eso no es absolutamente requerido, es suficiente que T1=T2 y que T5=T6. Como se ha mencionado anteriormente, la razon principal para situar el tercer par P3 cerca del primer par P1 es hacer coincidir la tension de paquete lo mejor posible. Dado que los resistores R1 a R4 estan situados en la membrana 2, (o mas correctamente expresado: una parte importante de R1 y R4 esta situada en la membrana) son sensibles a la presion ejercida en la membrana 2 asf como a la presion ejercida por el paquete. Por el contario, dado que los resistores R5 a R8 estan situados “suficientemente lejos” fuera de la membrana 2, por ejemplo, al menos 4,0 veces (>4x) el espesor T de la membrana lejos del borde 21 de la membrana, o al menos 6,0 veces, o al menos 10,0 veces, son solamente sensibles a la presion ejercida por el paquete. Por lo tanto, el segundo subcircuito que comprende los resistores R5 a R8 se puede usar para determinar la presion radial ejercida por el paquete en el sustrato, cuya presion radial se puede usar para compensar el valor de presion obtenido desde el primer subcircuito, usando metodos conocidos.

En la practica, necesita ser hecho un compromiso con respecto a la posicion del tercer y cuarto par P3, P4 de resistores en relacion con el primer y segundo pares P1, P2 de resistores: si P3 esta situado “demasiado cerca” del borde de la membrana (y de esta manera de P1), proporciona una mejor indicacion (correlacion mayor) de la presion de paquete ejercida en los resistores de P1 y P2, pero P3 tambien sera mas sensible a la presion externa sobre la membrana. Si P3 esta “demasiado lejos” del borde de la membrana, sera sustancialmente insensible a la presion externa a ser medida por el primer subcircuito, pero la tension de paquete experimentada por P3 puede desviarse mas de la tension de paquete experimentada por P1 (correlacion menor). Como regla de oro, el tercer y cuarto pares P3, P4 de resistores por ejemplo se puede situar a una distancia igual a alrededor de 4,0 veces (4x) a alrededor de 10,0 veces (10x) el espesor T de la membrana.

A partir de lo anterior se puede entender que un sensor 400 de presion segun la tercera realizacion tiene todas las ventajas de un sensor de presion segun la tercera realizacion (enumeradas en la TABLA 2), y ademas tiene una precision mejorada debido a que tiene una compensacion mejorada de la tension de paquete (radial).

En un segundo aspecto, la presente invencion tambien se refiere a un dispositivo semiconductor que comprende un sensor 100, 200, 300, 400 de presion como se ha descrito anteriormente.

Con referencia a la FIG. 15, en un tercer aspecto, la presente invencion se refiere a un metodo 1500 de determinacion de una presion externa ejercida en un sustrato semiconductor, donde el sustrato semiconductor comprende una membrana 2 y una estructura de resistores que tiene un par P1 de resistores dispuesto como se ha descrito anteriormente (primera realizacion o segunda realizacion y mostradas en la FIG. 4 a la FIG. 6), por lo cual el metodo comprende los pasos de: aplicar 1501 una primera corriente I1 predefinida a dicho primer resistor R1 conectando una primera fuente CS1 de corriente; aplicar 1502 una segunda corriente I2 predefinida a dicho segundo resistor R2 conectando una segunda fuente CS2 de corriente; obtener 1503 una primera senal AVout de voltaje diferencial sobre el primer y segundo nodo B,D de salida.

Se senala que las fuentes CS1 y CS2 de corriente pueden ser o pueden no ser parte del mismo sustrato como aquel donde esta situada la membrana, pero se podna situar en un segundo sustrato (no mostrado), conectable al primer sustrato a traves por ejemplo de tres o cuatro almohadillas de union.

La presente invencion tambien se refiere a un metodo de determinacion de una presion externa ejercida en un sustrato semiconductor que tiene una membrana 2 y dos pares P1, P2 de resistores dispuestos como se ha descrito anteriormente (tercera realizacion, y mostrada en la FlG. 7 y la FIG. 8). Este metodo comprende los pasos de: aplicar una primera corriente I1 predefinida a dicha conexion en paralelo del primer resistor R1 y del cuarto resistor R4 usando una primera fuente CS1 de corriente; aplicar una segunda corriente I2 predefinida a dicha conexion en paralelo del segundo resistor R2 y del tercer resistor R3 usando una segunda fuente CS2 de corriente; y medir una primera senal AVout de voltaje diferencial sobre el primer y segundo nodo B, D de salida.

La presente invencion tambien se refiere a un metodo de determinacion de una presion externa ejercida en un sustrato semiconductor que tiene una membrana 2 y dos pares P1, P2 de resistores dispuestos como se ha descrito anteriormente (cuarta realizacion, y mostrada en la FIG. 14). Este metodo comprende los pasos de: aplicar una primera corriente I1 predefinida a dicha conexion en paralelo del primer resistor R1 y del cuarto resistor R4 usando una primera fuente CS1 de corriente; aplicar una segunda corriente I2 predefinida a dicha conexion en paralelo del segundo resistor R2 y del tercer resistor R3 usando una segunda fuente CS2 de corriente; y medir una primera senal AVout de voltaje diferencial sobre el primer y segundo nodo B, D de salida; y

aplicar una tercera corriente I3 predefinida a dicha conexion en paralelo de R5 y R8 usando una tercera fuente CS3 de corriente; aplicar una cuarta corriente I4 predefinida a dicha conexion en paralelo de R6 y R7 usando una fuente

CS4 de corriente; y medir una segunda senal AVref de voltaje diferencial sobre el tercer y cuarto nodo B2, D2 de salida; y

corregir un valor correspondiente a la primera senal AVout de voltaje diferencial con un valor correspondiente a la segunda senal AVref de voltaje diferencial.

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Referencias

100, 200, 300, 400 sensor de presion

3 partes de esquina

6 regiones de salida de electrodo

8, 9, 10, 11 banda piezorresistiva del primer, segundo, tercer, cuarto resistor

10

P1, P2, ... primer, segundo, ... par de resistores

S1, S2, ... primer, segundo lado de membrana cuadrada

W anchura de la membrana cuadrada

Gnd voltaje de tierra

21 borde de membrana

15

4 electrodo de metal

MD distancia mas grande

R1, R2, ... primer, segundo resistor

T espesor de la membrana

Vdd voltaje de alimentacion

20

Vbias voltaje de polarizacion

Claims (15)

1. 5

   10

   15

   20

   25

   30

   35

   40

   45

   REIVINDICACIONES

   1. Un sensor (100, 200, 300, 400) de presion semiconductor para determinar una presion externa ejercida en el sensor, que comprende:

   - una membrana (2) como parte de un sustrato semiconductor para ser deformado debido a la presion externa, que tiene un borde (21) de la membrana y un espesor (T) de la membrana;

   - un primer par (P1) de resistores situado en o adyacente a una primera parte (S1) lateral de la membrana (2), el primer par (P1) de resistores que comprende un primer resistor (R1) conectado entre un primer nodo (A) de polarizacion y un primer nodo (D) de salida, y un segundo resistor (R2) conectado entre dicho primer nodo (A) de polarizacion y un segundo nodo (B) de salida diferente del primer nodo (D) de salida, la resistencia del segundo resistor (R2) que es igual a la del primer resistor (R1);

   - una primera fuente (CS1) de corriente conectada o conectable al primer nodo (D) de salida y adaptada para hacer que una primera corriente (I1) predefinida fluya a traves del primer resistor (R1) de modo que el primer nodo (D) de salida asuma un primer voltaje (Vout-) de salida;

   - una segunda fuente (CS2) de corriente conectada o conectable al segundo nodo (B) de salida y adaptada para hacer que una segunda corriente (I2) predefinida fluya a traves del segundo resistor (R2) de modo que el segundo nodo (B) de salida asuma un segundo voltaje (Vout+) de salida, en donde la segunda corriente (I2) predefinida es sustancialmente igual a la primera corriente (I1) predefinida;

   - el primer resistor (R1) que comprende una o mas primeras bandas (8) piezorresistivas alargadas dispuestas en una primera direccion (X) para medir la deformacion de la membrana (2) debida a la presion externa a ser medida, el segundo resistor (R2) que comprende una o mas segundas bandas (9) piezorresistivas alargadas dispuestas en una segunda direccion (Y) para medir la deformacion de la membrana (2) debida a la presion externa a ser medida, en donde la segunda direccion (Y) es sustancialmente perpendicular a la primera direccion (X);

   - el primer y segundo voltaje (Vout-, Vout+) de salida que forma una primera senal (AVout) de voltaje diferencial indicativa de la presion externa a ser medida.
2. 2. Un sensor (100, 200, 300, 400) de presion semiconductor segun la reivindicacion 1 que ademas comprende: un primer circuito de lectura que comprende un primer amplificador diferencial para convertir la primera senal (AVout) de voltaje diferencial en una primera senal de presion indicativa de la presion a ser medida.
3. 3. Un sensor (100, 300, 400) de presion de semiconductor segun la reivindicacion 1 o 2,

   - por el cual la primera y la segunda bandas (8, 9) piezorresistivas estan formadas como regiones dopadas p dentro de un pozo n; y

   - por el cual el nodo (A) de polarizacion esta conectado electricamente al pozo n.
4. 4. Un sensor (300, 400) de presion semiconductor segun cualquiera de las reivindicaciones previas, que ademas comprende:

   - un segundo par (P2) de resistores situados en o adyacentes a una segunda parte (S2) lateral de la membrana, en donde la segunda parte (S2) lateral esta situada sustancialmente o precisamente a una distancia angular de 90° de la primera parte (S1) lateral que se mide desde el centro de la membrana (2);

   - un segundo par (P2) de resistores que comprende un tercer resistor (R3) conectado en paralelo con el segundo resistor (R2) entre dicho primer nodo (A) de polarizacion y dicho segundo nodo (B) de salida, y un cuarto resistor (R4) conectado en paralelo con el primer resistor (R1) entre dicho primer nodo (A) de polarizacion y dicho primer nodo (D) de salida;

   - un tercer resistor (R3) que comprende una o mas bandas (10) piezorresistivas alargadas dispuestas en la primera direccion (X), el cuarto resistor (R4) que comprende una o mas bandas (11) piezorresistivas alargadas dispuestas en la segunda direccion (Y).
5. 5. Un sensor (400) de presion semiconductor segun cualquiera de las reivindicaciones previas, que ademas comprende:

   - un tercer par (P3) de resistores dispuestos en la primara parte (S1) lateral de la membrana (2) pero fuera de la membrana (2), el tercer par (P3) de resistores que comprende un quinto resistor (R5) conectado entre dicho primer nodo (A) de polarizacion y un tercer nodo (D2) de salida, y un sexto resistor (R6) conectado entre dicho primer nodo (A) de polarizacion y un cuarto nodo (B2) de salida diferente del tercer nodo (D2) de salida;

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   - una tercera fuente (CS3) de corriente conectada al tercer nodo (D2) de salida y adaptada para hacer que una tercera corriente (I3) predefinida fluya a traves del quinto resistor (R5) de modo que el tercer nodo (D2) de salida proporcione un tercer voltaje (Vref-) de salida;

   - una cuarta fuente (CS4) de corriente conectada al cuarto nodo (B2) de salida y adaptada para hacer que una cuarta corriente (I4) predefinida fluya a traves del sexto resistor (R6) de modo que el cuarto nodo (B2) de salida proporcione un cuarto voltaje (Vref+) de salida, en donde la tercera y cuarta corriente (I3, I4) predefinida es sustancialmente igual a la primera corriente (I1) predefinida;

   - el quinto resistor (R5) que comprende una o mas bandas piezorresistivas alargadas dispuestas en la primera direccion (X), y el sexto resistor (R6) que comprende una o mas bandas piezorresistivas alargadas dispuestas en una segunda direccion (Y) para medir la tension de paquete;

   - y un cuarto par (P4) de resistores dispuesto en la segunda parte (S2) lateral de la membrana (2) pero fuera de la membrana (2), el cuarto par (P4) de resistores que comprende un septimo resistor (R7) conectado en paralelo con el sexto resistor (R6) entre dicho primer nodo (A) de polarizacion y dicho cuarto nodo (B2) de salida, y un octavo resistor (R8) conectado en paralelo con el quinto resistor (R5) entre dicho primer nodo (A) de polarizacion y dicho tercer nodo (D2) de salida, el septimo resistor (R7) que comprende una o mas bandas piezorresistivas alargadas dispuestas en la primera direccion (X), el octavo resistor (R8) que comprende una o mas bandas piezorresistivas alargadas dispuestas en la segunda direccion (Y);

   - en donde la una o mas bandas piezorresistivas del quinto y sexto y septimo y octavo resistor (R5, R6, R7, R8) estan dispuestas a una distancia del borde (21) de la membrana de al menos 4,0 veces el espesor (T) de la membrana para medir solamente la tension ejercida mediante el empaquetado en el sustrato semiconductor;

   - el tercer y cuarto voltaje (Vref-, Vref+) de salida que forma una segunda senal (AVref) de voltaje diferencial indicativa de la tension de paquete.
6. 6. Un sensor (400) de presion semiconductor segun la reivindicacion 5, que ademas comprende:

   - un multiplexor para aplicar selectivamente la primera senal (AVout) de voltaje diferencial y la segunda senal (AVref) de voltaje diferencial al primer amplificador diferencial; y/o

   - un segundo circuito de lectura que comprende un segundo amplificador diferencial para convertir la segunda senal (AVref) de voltaje diferencial a una segunda senal de presion indicativa de la tension de paquete.
7. 7. El sensor (100, 200, 300, 400) de presion semiconductor segun cualquiera de las reivindicaciones previas, en donde cada uno de los resistores (R1, R2; R1, R2, R3, R4; R1, R2, R3, R4, R5, R6, R7, R8) comprende al menos dos o al menos tres bandas piezorresistivas conectadas en serie.
8. 8. El sensor (100, 200, 300, 400) de presion semiconductor segun cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en donde cada uno de los resistores (R1, R2; Rl, R2, R3, R4; R1, R2, R3, R4, R5, R6, R7, R8) comprende un numero igual de bandas (8, 9; 8, 9, 10, 11) piezorresistivas alargadas, y en donde las dimensiones de todas las piezobandas son identicas.
9. 9. Un sensor (100, 200, 300, 400) de presion semiconductor segun la reivindicacion 7 u 8, en donde un diseno de cada par (P1; P1, P2; P1, P2, P3, P4) de resistores comprende ademas una primera y segunda region (6a, 6c) de salida para interconexion electrica a los nodos (D, B) externos y una tercera region (6b) de salida para interconexion electrica al nodo (A) comun, por lo cual la tercera region (6b) de salida esta situada entre la primera y segunda region de salida.
10. 10. El sensor (100, 200, 300, 400) de presion semiconductor segun cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9,

    - en donde el sustrato es una oblea CMOS; y

    - por el cual la membrana esta situada en el plano (100), y al menos uno de los elementos piezorresistivos esta orientado en la direccion <110>.
11. 11. El sensor (100, 200, 300, 400) de presion semiconductor segun la reivindicacion 10, por el cual la membrana tiene una forma cuadrada o circular.
12. 12. Un dispositivo semiconductor que comprende un sensor (100, 200, 300, 400) de presion semiconductor segun cualquiera de las reivindicaciones previas.
13. 13. Un metodo (1500) de determinacion de una presion externa ejercida en un sustrato semiconductor, el sustrato semiconductor que comprende:

    - una membrana (2) dispuesta para ser deformada debido a la presion externa, y que tiene un borde (21) de la membrana y un espesor (T) de la membrana;

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    - un primer par (P1) de resistores situado en o adyacente a una primera parte (S1) lateral de la membrana (2), el primer par (P1) de resistores que comprende un primer resistor (R1) conectado entre un primer nodo (A) de polarizacion y un primer nodo (D) de salida, y un segundo resistor (R2) conectado entre dicho primer nodo (A) de polarizacion y un segundo nodo (B) de salida diferente del primer nodo (D) de salida, la resistencia del segundo resistor (R2) que es igual a la del primer resistor (R1);

    - el primer resistor (R1) que comprende una o mas primeras bandas (8) piezorresistivas alargadas dispuestas en una primera direccion (X) para medir la deformacion de la membrana (2) debida a la presion externa a ser medida, el segundo resistor (R2) que comprende una o mas segundas bandas (9) piezorresistivas alargadas dispuestas en una segunda direccion (Y) para medir la deformacion de la membrana (2) debida a la presion externa a ser medida, en donde la segunda direccion (Y) es sustancialmente perpendicular a la primera direccion (X);

    el metodo que comprende los pasos de:

    - conectar (1501) una primera fuente (CS1) de corriente al primer nodo (D) de salida, la primera fuente de corriente que esta adaptada para hacer que una primera corriente (I1) predefinida fluya a traves del primer resistor (R1) de modo que el primer nodo (D) de salida asuma un primer voltaje (Vout-) de salida;

    - conectar (1502) una segunda fuente (CS2) de corriente al segundo nodo (B) de salida, la segunda fuente de corriente que esta adaptada para hacer que una segunda corriente (I2) predefinida fluya a traves del segundo resistor (R2) de modo que el segundo nodo (B) de salida asuma un segundo voltaje (Vout+) de salida, en donde la segunda corriente (I2) predefinida es sustancialmente igual a la primera corriente (I1) predefinida;

    - obtener (1503) una primera senal (AVout) de voltaje diferencial sobre el primer y segundo nodo (B, D) de salida como indicacion de la presion externa a ser medida.
14. 14. Un metodo segun la reivindicacion 13, en donde el sustrato ademas comprende un segundo par (P2) de resistores como se expone en la reivindicacion 4.
15. 15. Un metodo segun la reivindicacion 14, en donde el sustrato ademas comprende un tercer y un cuarto par (P3, P4) de resistores como se expone en la reivindicacion 5,

    el metodo que ademas comprende los pasos de:

    - aplicar una tercera corriente (I3) predefinida a dicha conexion en paralelo del quinto resistor (R5) y el octavo resistor (R8) usando una tercera fuente (CS3) de corriente; y

    - aplicar una cuarta corriente (I4) predefinida a dicha conexion en paralelo del sexto resistor (R6) y el septimo resistor (R7) usando una cuarta fuente (CS4) de corriente; y

    - medir una segunda senal (AVref) de voltaje diferencial sobre el tercer y cuarto nodo (B2, D2) de salida; y

    - corregir un valor correspondiente a la primera senal (AVout) de voltaje diferencial con un valor correspondiente a la segunda senal (AVref) de voltaje diferencial.