FR2594546A1

FR2594546A1 - Device for measuring the temperature of the diaphragm of a pressure sensor

Info

Publication number: FR2594546A1
Application number: FR8602272A
Authority: FR
Inventors: Luc M Petitjean
Original assignee: Etudes et Fabrication Flopetrol SA
Current assignee: Etudes et Fabrication Flopetrol SA
Priority date: 1986-02-19
Filing date: 1986-02-19
Publication date: 1987-08-21
Also published as: FR2594546B1

Abstract

The deformable diaphragm 1 of a pressure sensor, made of a monocrystalline semiconductor such as silicon, comprises, in addition to a piezoresistive element 5 formed by a very small insulated linear portion within the single crystal, a similar element 7 disposed and oriented with respect to the axes of the crystal lattice so as to minimise the influence of mechanical stresses on the value of its resistance, which then depends solely on the temperature of the diaphragm. Knowing the latter makes it possible to correct the pressure value provided by the element 5.

Description

Dispositif de mesure de la température du diaphragme d'un capteur de pression
La présente invention se rapporte à un dispositif de mesure de la température du diaphragme plan déformable d'un capteur de pression, ce diaphragme étant réalisé en un monocristal de semi-conducteur qui cristallise dans le système cubique (tel que le silicium et le germanium) et comportant, outre au moins un élément sensible aux déformations du diaphragme causées par les variations de pression qu'il subit, un élément sensible à la température, formé par une portion linéaire dudit monocristal isolée électriquement de oelui-ci, lequel lui sert de substrat; ce dernier élément, orienté sur la surface du diaphragme de façon à être peu sensible aux contraintes de pression qui lui sont appliquées, fournit, par la valeur de sa résistance électrique longitudinale, une mesure de la température du diaphragme permettant d'effectuer une compensation de l'influence de la température sur l'élément ou les éléments de mesure de pression que comporte le diaphragme, par exemple sous la forme décrite ci-dessus d'une portion linéaire isolée du monocristal de semiconducteur.Device for measuring the diaphragm temperature of a pressure sensor
The present invention relates to a device for measuring the temperature of the deformable plane diaphragm of a pressure sensor, this diaphragm being made of a semiconductor monocrystal which crystallizes in the cubic system (such as silicon and germanium) and having, in addition to at least one element responsive to diaphragm deformations caused by the pressure variations it undergoes, a temperature-sensitive element formed by a linear portion of said electrically isolated single crystal thereof, which serves as a substrate therefor ; this last element, oriented on the surface of the diaphragm so as to be insensitive to the pressure stresses applied thereto, provides, by the value of its longitudinal electrical resistance, a measurement of the temperature of the diaphragm making it possible to carry out a compensation of the influence of the temperature on the element or the elements of pressure measurement that comprises the diaphragm, for example in the form described above of an insulated linear portion of the semiconductor monocrystal.

Un tel élément résistif de mesure de température est naturellement sensible non seulement aux variations de température du diaphragme, mais aux contraintes mécaniques qu'il subit lorsque celui-ci se déforme sous l'effet d'une variation de pression. Such a resistive element of temperature measurement is naturally sensitive not only to variations in temperature of the diaphragm, but to the mechanical stresses it undergoes when it is deformed under the effect of a pressure variation.

L'invention a pour but de permettre, à l'aide d'un tel élément, une mesure précise de la température du diaphragme grâce à laquelle pourra être effectuée une correction de la mesure de pression pour en éliminer l'influence de la température. The object of the invention is to allow, with the aid of such an element, an accurate measurement of the temperature of the diaphragm, by means of which a correction of the pressure measurement can be performed to eliminate the influence of temperature.

A cet effet, selon l'invention, l'élément de mesure de la température est un élément rectiligne très petit, disposé en un point déterminé de coordonnées x, y par rapport à des axes de référence Ox, Oy portés par cette surface, laxe Oy étant parallèle à la direction longitudinale de l'élément, de sorte que la variation relative de la résistance R de eet élément en fonction des contraintes mécaniques qu'il subit peut s'écrire
AR/R S r, aX + sy C" - 7rz p où a x' a et p sont des composantes de contrainte suivant les axes Ox, Oy et suivant un axe Oz perpendiculaire aux précédents, et oxt sy et sz sont les constantes piézo-résistives de l'élément suivant les axes Ox, Oy et Oz. La position sur le diaphragme du point ou est placé l'élément de mesure de la température et l'orientation de ce dernier par rapport aux axes
Ou, v, w du système cristallin du semi-conducteur sont alors choisies, compte tenu de l'orientation cristallographique du plan du diaphragme, de manière à minimiser la quantité BRIS. For this purpose, according to the invention, the temperature measuring element is a very small rectilinear element, disposed at a given point of coordinates x, y with respect to reference axes Ox, Oy carried by this surface, lax Oy being parallel to the longitudinal direction of the element, so that the relative variation of the resistance R of this element as a function of the mechanical stresses it undergoes can be written
AR / RS r, aX + sy C "- 7rz p where ax 'a and p are stress components along the axes Ox, Oy and along an axis Oz perpendicular to the preceding ones, and oxt sy and sz are the piezo-resistive constants the element along the axes Ox, Oy and Oz The position on the diaphragm of the point where is placed the element of measurement of the temperature and the orientation of the latter with respect to the axes
Or, v, w of the crystalline system of the semiconductor are then chosen, taking into account the crystallographic orientation of the plane of the diaphragm, so as to minimize the amount BRIS.

L'invention permet ainsi une mesure de température directement sur le diaphragme déformable; cette mesure fournit donc la température exacte de l'élément ou des éléments de mesure de pression que le diaphragme comporte, sans que les déformations de celui-ci dues aux variations de pression perturbent la mesure de température. La mesure de pression peut ainsi être corrigée de l'effet de la température d'une manière très précise. En outre, lorsque les éléments de mesure de pression et de température ont une structure identique, ils présentent la même réponse aux variations de température du diaphragme, ce qui facilite l'obtention d'une exacte compensation de l'effet de température sur l'élément ou les éléments de mesure de pression.Par ailleurs, en assurant une excellente compensation en température des valeurs de pression mesurées, l'invention permet de pleinement bénéficier de la gamme étendue de température de fonctionnement qu'offrent les éléments piézorésistifs isolés électriquement du substrat par une barrière non conductrice. The invention thus makes it possible to measure the temperature directly on the deformable diaphragm; this measurement thus provides the exact temperature of the element or elements of pressure measurement that the diaphragm comprises, without the deformations thereof due to pressure variations disturb the temperature measurement. The pressure measurement can thus be corrected for the effect of the temperature in a very precise manner. In addition, when the pressure and temperature measuring elements have an identical structure, they have the same response to variations in the temperature of the diaphragm, which facilitates obtaining an exact compensation of the temperature effect on the diaphragm. In addition, by providing an excellent temperature compensation of the measured pressure values, the invention makes it possible to fully benefit from the wide range of operating temperature offered by the piezoresistive elements electrically isolated from the substrate. by a non-conductive barrier.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront plus clairement de la description qui va suivre, en regard des dessins annexés, d'exemples de réalisation non limitatifs. Other features and advantages of the invention will emerge more clearly from the description which follows, with reference to the accompanying drawings, of non-limiting exemplary embodiments.

La figure 1 représente schématiquement, en perspective, un capteur de pression à diaphragme déformable doté de deux éléments piézo-résistifs destinés respectivement à la mesure de la pression que subit le diaphragme et à la mesure de la température de ce dernier. FIG. 1 schematically represents, in perspective, a deformable diaphragm pressure sensor provided with two piezoresistive elements intended respectively for measuring the pressure experienced by the diaphragm and for measuring the temperature of the diaphragm.

La figure 2 représente une coupe par un plan radial du capteur de la figure 1. FIG. 2 represents a section through a radial plane of the sensor of FIG. 1.

Les figures 3 à 8 illustrent schématiquement, en plan, différentes dispositions de l'élément de mesure de température sur le diaphragme, celui-ci ayant un contour circulaire. Figures 3 to 8 schematically illustrate, in plan, different arrangements of the temperature measuring element on the diaphragm, the latter having a circular contour.

Les figures 9 à 13, correspondant respectivement aux figures 3 à 5, 7 et 8, sont relatives à un diaphragme carré. Figures 9 to 13, corresponding respectively to Figures 3 to 5, 7 and 8, relate to a square diaphragm.

On voit sur les figures 1 et 2 un capteur de pression comprenant un diaphragme plan 1, d'épaisseur h, fixé par un rebord épaissi 2 à une embase 3. Sous l'action d'une pression exercée sur sa face supérieure, le diaphragme 1 se déforme en prenant une configuration bombée 1'. FIGS. 1 and 2 show a pressure sensor comprising a flat diaphragm 1, of thickness h, fixed by a thickened rim 2 to a base 3. Under the action of a pressure exerted on its upper face, the diaphragm 1 is deformed by taking a curved configuration 1 '.

Le diaphragme 1, réalisé en un monocristal de silicium, comporte au moins un élément piézrésistif 5 de faibles dimensions, situé en un point P de sa surface. Cet élément, de forme oblongue, est réalisé au sein même du monocristal du diaphragme 5, dont il est toutefois isolé électriquement soit par un dopage différent (élément dopé P avec un substrat de type N par exemple), soit par une barrière isolante, par exemple en silice, s'étendant sur toute cette interface (cf la demande de brevet anglais No 85/17 813). The diaphragm 1, made of a silicon monocrystal, comprises at least one piezoresistive element 5 of small dimensions, located at a point P of its surface. This element, of oblong shape, is made within the single crystal of the diaphragm 5, of which it is however isolated electrically either by a different doping (P-doped element with an N-type substrate for example), or by an insulating barrier, by example silica, extending over the entire interface (see British Patent Application No. 85/17813).

Lorsque le diaphragme 1 se déforme, l'élément 5 est soumis à des contraintes mécaniques qui font varier sa résistance, laquelle est mesurée par injection d'un courant électrique i à l'aide de deux électrodes 6 connectées à ses extrémités. De cette mesure est déduite la différence de pression appliquée au diaphragme 1. When the diaphragm 1 is deformed, the element 5 is subjected to mechanical stresses that vary its resistance, which is measured by injection of an electric current i with the aid of two electrodes 6 connected at its ends. From this measurement is deduced the pressure difference applied to the diaphragm 1.

Généralement, le diaphragme comporte quatre éléments de mesure de pression 5, qui sont connectées en pont de Wheatstone dans un circuit électrique extérieur (cf brevet français
No 82/18 540).Generally, the diaphragm comprises four pressure measuring elements 5, which are connected in a Wheatstone bridge in an external electrical circuit (see French patent
No. 82/18540).

La mesure de pression ainsi effectuée est entachée d'erreurs en raison des variations de résistance de l'élément 5 en fonction de la température. Afin de permettre la prise en compte de ce paramètre, le diaphragme est doté d'un élément 7 semblable à l'élément 5, disposé de façon à être peu influencé par les contraintes mécaniques dues aux déformations du diaphragme. La connaissance de la température du diaphragme fournie par l'élément 7 rend possible une correction précise de l'effet de température affectant la mesure de pression. The pressure measurement thus carried out is tainted by errors due to the variations of resistance of the element 5 as a function of the temperature. In order to allow this parameter to be taken into account, the diaphragm is provided with an element 7 similar to the element 5, arranged so as to be little influenced by the mechanical stresses due to the deformations of the diaphragm. Knowing the temperature of the diaphragm provided by the element 7 makes it possible to accurately correct the temperature effect affecting the pressure measurement.

L'élément 7 présente de très petites dimensions par rapport à celles du diaphragme 1. Pour fixer les idées, sa longueur doit être inférieure au dixième du diamètre 2r de ce dernier, supposé circulaire. A titre d'exemple, on peut utiliser un élément de dimensions 100 Pm x 15 P.m x 0,5 Pm (longueur x largeur x épaisseur) sur un diaphragme dont le diamètre est de l'ordre de quelques millimètres. Ledit élément est placé en un point T de la surface du diaphragme, de coordonnées x, y dans un système d'axes rectangulaires Ox, Oy situés dans le plan de cette surface, l'axe Oy étant parallèle à la direction longitudinale de l'élément, c'est-à-dire à la direction du courant i qui le traverse via ses électrodes 8. The element 7 has very small dimensions compared to those of the diaphragm 1. To fix the ideas, its length must be less than one-tenth of the diameter 2r of the latter, supposed circular. By way of example, it is possible to use an element of dimensions 100 μm × 15 μm × 0.5 μm (length × width × thickness) on a diaphragm whose diameter is of the order of a few millimeters. Said element is placed at a point T of the surface of the diaphragm, of coordinates x, y in a system of rectangular axes Ox, Oy situated in the plane of this surface, the axis Oy being parallel to the longitudinal direction of the element, that is to say to the direction of the current i which passes through its electrodes 8.

En cas de déformation du diaphragme 1, l'élément 7 est soumis à des composantes de contrainte o,et suivant lesdits axes, et p suivant un axe Oz perpendiculaire à ces derniers, donc au plan du diaphragme. I1 en résulte une variation "R de la résistance R de l'élément 7, donnée par la relation
AR/R = sx #x + Try ay - rz p (1) où ry est la constante piézo-résistive longitudinale et x et vz sont les constantes piézcrésistives transversales dudit élément.In case of deformation of the diaphragm 1, the element 7 is subjected to stress components o, and along said axes, and p along an axis Oz perpendicular to the latter, and therefore to the plane of the diaphragm. This results in a variation "R of the resistance R of element 7, given by the relation
AR / R = sx #x + Try ay - rz p (1) where ry is the longitudinal piezo - resistive constant and x and vz are the transverse piezocresistive constants of the element.

L'élément 7 étant de dimension réduite, on peut considérer que les deux composantes du tenseur des contraintes ax et ay sont uniformes sur toute la surface dudit élément. Element 7 being of reduced size, it can be considered that the two components of the stress tensor ax and ay are uniform over the entire surface of said element.

Afin de rendre la résistance R de l'élément pratiquement indépendante des contraintes mécaniques, donc dépendant seulement de la température, la quantité 4R/R est minimisée grâce à un choix judicieux de la position de l'élément sur le diaphragme 1 et de son orientation par rapport aux directions cristallographiques du monocristal qui le constitue, notées < 100 > , < O1O > et < 001 > et formant un trièdre trirectangle Ou, v, w. In order to make the element resistance R practically independent of the mechanical stresses, thus depending only on the temperature, the quantity 4R / R is minimized by a judicious choice of the position of the element on the diaphragm 1 and its orientation. with respect to the crystallographic directions of the single crystal constituting it, noted <100>, <O1O> and <001> and forming a trirectangular trihedr Or, v, w.

La figure 3 est relative au cas d'un diaphragme 1 en silicium de type P, de contour circulaire, situé dans le plan cristallographique (100), c'est-àdire le plan perpendiculaire à l'axe Ou du monocristal de direction < 100 > , et contenant les axes
Ov et Ow, de directions respectives < 010 > et < 001 > . L'axe Oy, qui définit l'orientation longitudinale de l'élément 7, est choisi parallèle à l'une ou à l'autre des bissectrices desdits axes Ov, Ow, les directions de celles-ci étant < 011 > et < 011 > . Ainsi, l'élément peut être placé suivant deux orientations perpendiculaires, comme il est indiqué en 7a, 7b.FIG. 3 relates to the case of a P type silicon diaphragm 1, with a circular contour, located in the crystallographic plane (100), that is to say the plane perpendicular to the axis O of the single crystal of direction <100 >, and containing the axes
Ov and Ow, respective directions <010> and <001>. The axis Oy, which defines the longitudinal orientation of the element 7, is chosen parallel to one or other of the bisectors of said axes Ov, Ow, the directions thereof being <011> and <011 >. Thus, the element can be placed in two perpendicular orientations, as indicated in 7a, 7b.

Dans ces conditions, les coefficients #x, 1Iy et 712 de l'expression (1) donnant la variation relative de la résistance R de l'élément de mesure de température ont pour valeur = = - #44 / 2 + (#12 + #11) / 2
#y = #44 / 2 + (s12 + s11) / 2
z = #12 , #11, #12et #44 étant les trois coefficients indépendants qui suffisent pour exprimer le tenseur du quatrième ordre de piézo-résistivité d'un élément cristallisant dans le système cubique (cas du silicium).Under these conditions, the coefficients #x, 1Iy and 712 of the expression (1) giving the relative variation of the resistance R of the temperature measuring element have the value = = - # 44/2 + (# 12 + # 11) / 2
#y = # 44/2 + (s12 + s11) / 2
z = # 12, # 11, # 12 and # 44 being the three independent coefficients that are sufficient to express the tensor of the fourth order of piezoresistivity of a crystallizing element in the cubic system (case of silicon).

Etant donné que, pour le silicium P, on a
#11 < < n44 (2a) et #12 < < #44 ' (2b) il vient
#x # - #44 / 2
#y # #44 / 2
#z < < #44
Par suite, l'orientation donnée à l'élément 7 conduit à des valeurs de et sensiblement égales et opposées et à une valeur très faible pour tz. Since for silicon P, we have
# 11 <<n44 (2a) and # 12 <<# 44 '(2b) it comes
#x # - # 44/2
#y # # 44/2
#z <<# 44
As a result, the orientation given to the element 7 leads to values of and substantially equal and opposite and a very low value for tz.

I1 en résulte que lorsque l'élément est placé au centre 0 du diaphragme 1, ou en un point quelconque T des axes Ov, Ow, bissectrices des axes Ox, Oy, où #x = ay, la somme des deux premiers termes de l'expression (1) est sensiblement nulle, ainsi que le troisième terme. Donc
AR / R - O ce qui signifie que la résistance R de l'élément 7 est pratiquement insensible aux contraintes mécaniques dont celui-ci est l'objet.It follows that when the element is placed at the center 0 of the diaphragm 1, or at any point T axes Ov, Ow, bisectors of the axes Ox, Oy, where #x = ay, the sum of the first two terms of the expression (1) is substantially zero, as well as the third term. So
AR / R - O which means that the resistance R of the element 7 is virtually insensitive to the mechanical stresses of which it is the object.

Outre le point 0, la meilleure position du point T sur lesdites bissectrices est à leur intersection avec le cercle d'inflexion C du diaphragme. Ce cercle de rayon r, situé dans le plan du diaphragme et centré en 0, est le lieu des points de celui-ci où, lorsqu'il se déforme, il n'y a sensiblement dans ledit plan ni élongation, ni contraction, de sorte que au et oy y ont des valeurs très faibles. Ainsi, le choix du point T sur le cercle C conduit à une nouvelle diminution de la somme des deux premiers termes de 1' expression (1). In addition to the point 0, the best position of the point T on said bisectors is at their intersection with the inflection circle C of the diaphragm. This circle of radius r, located in the plane of the diaphragm and centered at 0, is the place of the points of the latter where, when it deforms, there is substantially in said plane neither elongation nor contraction, of so that au and oy have very low values. Thus, the choice of the point T on the circle C leads to a further decrease in the sum of the first two terms of the expression (1).

Le diaphragme 1 étant encastré sur son pourtour par son rebord périphérique épaissi 2 fixé à l'embase 3, la valeur du rayon r du cercle d'inflexion, rapporté au rayon a du diaphragme 1, peut être déduite du tableau suivant en fonction de l'épaisseur h de ce dernier
h/a < 0,05 r/a = 0,58
h/a = 0,05 r/a = 0,60
h/a = 0,15 r/a = 0,67
h/a = 0,30 r/a = 0,72
De la même manière, lorsque le diaphragme est réalisé en silicium de type N et est taillé dans le plan (111), les axes Ox, 0y étant choisis parallèles aux directions < 110 > et < 112 > (figure 4), on obtient
Trx ( 11 + 5 n 12 44) / 6
#y = (#11 + #12 + 44) I 2
#z = 11 + 2 12 - n44) / 3.The diaphragm 1 being embedded around its circumference by its thickened peripheral rim 2 fixed to the base 3, the value of the radius r of the inflection circle, related to the radius a of the diaphragm 1, can be deduced from the following table as a function of the thickness h of the latter
h / a <0.05 r / a = 0.58
h / a = 0.05 r / a = 0.60
h / a = 0.15 r / a = 0.67
h / a = 0.30 r / a = 0.72
In the same way, when the diaphragm is made of N-type silicon and is cut in the plane (111), the axes Ox, 0y being chosen parallel to the directions <110> and <112> (FIG. 4), we obtain
Trx (11 + 5 n 12 44) / 6
#y = (# 11 + # 12 + 44) I 2
#z = 11 + 2 12 - n44) / 3.

Or, pour le silicium N,
n - 2 12 (3a)
#44 #11 (3b)
D'où #x # + #11 / 4
#y # - n11 / 4 0 n11
Ici encore, on obtient la quasi-annulation du troisième terme et de la somme des deux premiers termes de l'expression (1).However, for silicon N,
n - 2 12 (3a)
# 44 # 11 (3b)
From where #x # + # 11/4
#y # - n11 / 4 0 n11
Here again, we obtain the quasi-cancellation of the third term and the sum of the first two terms of expression (1).

L'élément 7 pourra donc être disposé, comme représenté sur la figure 4, suivant deux orientations perpendiculaires < 110 > et < 112 > , en un point des bissectrices de ces directions, de préférence au centre 0 du diaphragme ou en un point T du cercle d'inflexion C. The element 7 can therefore be arranged, as shown in FIG. 4, along two perpendicular orientations <110> and <112>, at a point of the bisectors of these directions, preferably at the center 0 of the diaphragm or at a point T of the circle of inflection C.

La figure 5 représente un diaphragme 1 en silicium P, situé dans un plan (Oab) du monocristal, a et b étant des entiers, ctest-à-dire un plan auquel appartient l'axe Ou de direction < 100 > . FIG. 5 shows a P-silicon diaphragm 1, located in a plane (Oab) of the single crystal, a and b being integers, that is to say a plane to which the <100> direction axis U1 belongs.

L'élément 7 de mesure de température est disposé dans ce cas parallèlement audit axe.The element 7 of temperature measurement is disposed in this case parallel to said axis.

Avec ces hypothèses, on trouve
nx = 12
= = 711
rz = 12 112
Or, on a vu que, pour le silicium P, les coefficients 811 et 312 sont très inférieurs à r44 (équations 2a et 2b). L'expression (1) est donc minimisée par réduction de la valeur de chacun des coefficients de ses trois termes, pris individuellement. Cette réduction est encore accentuée si l'on place l'élément 7 sur le cercle d'inflexion C.With these assumptions, we find
nx = 12
= = 711
rz = 12,112
However, it has been seen that, for the silicon P, the coefficients 811 and 312 are much smaller than r44 (equations 2a and 2b). The expression (1) is therefore minimized by reducing the value of each of the coefficients of its three terms taken individually. This reduction is further accentuated if the element 7 is placed on the inflection circle C.

La figure 6 montre un cas particulier intéressant de la disposition précédente, correspondant à a = b = 1. Le diaphragme est donc dans le plan (011) d'un monocristal de silicium P. Dans cet exemple, l'élément 7 est placé sur le cercle d'inflexion C, tandis que les éléments 6 de mesure de pression, au nombre de quatre, sont placés en des points P proches du contour du diaphragme, situés aux sommets d'un carré dont l'une des diagonales est parallèle à la direction < lii > , avec une orientation parallèle à cette même diection (pour une sensibilité optimale aux variations de pression). FIG. 6 shows a particular interesting case of the preceding arrangement, corresponding to a = b = 1. The diaphragm is therefore in the plane (011) of a silicon monocrystal P. In this example, element 7 is placed on the inflection circle C, while the pressure-measuring elements 6, four in number, are placed at points P close to the contour of the diaphragm, situated at the vertices of a square whose one of the diagonals is parallel to the direction <lii>, with an orientation parallel to this same diection (for optimal sensitivity to pressure variations).

Sur les figures 7 et 8 est représenté un diaphragme circulaire 1 réalisé dans un monocristal de silicium N. l'élément de mesure de température 7 est placé en un point T du cercle d'inflexion C, et est orienté dans la direction < lir > . cette disposition est applicable à un diaphragme de plan (011) (figure 7) o-u de plan (112) (figure 8). FIGS. 7 and 8 show a circular diaphragm 1 made of a silicon monocrystal N. The temperature measuring element 7 is placed at a point T of the inflection circle C and is oriented in the <lir> direction. . this arrangement is applicable to a planar diaphragm (011) (FIG. 7) or plane plane (112) (FIG. 8).

Les figures 9 à 13 représentent les solutions relatives à un diaphragme 1 de contour carré. Ce sont les mêmes que celles du diaphragme circulaire précédemment considéré, à cette différence près que les points du cercle d'inflexion C sont maintenant remplacés par quatre points situés sur les diagonales dudit contour carré, à une distance d du centre O
d = 0,45 Q, Q étant la longueur du côté du contour.Figures 9 to 13 show the solutions relating to a diaphragm 1 of square outline. These are the same as those of the circular diaphragm previously considered, with the difference that the points of the inflection circle C are now replaced by four points situated on the diagonals of said square outline, at a distance d from the center O
d = 0.45 Q, where Q is the length of the edge side.

Dans les cas correspondant aux figures 9 et 10 diaphragmes en silicium respectivement de type P dans le plan (100) et de type N dans le plan (111) -, les côtés du carré sont parallèles aux axes Ox, Oy définissant les orientations perpendiculaires wa, 7b que 1 'on peut donner à l'élément de mesure de température 7. Les quatre points T de positionnement dudit élément ont alors pour coordonnées dans ce système de référence
Ox, oy:
XT = t 0,32 Q YT = + 0,32 l (tandis que le centre O a pour coordonnées x = O, y = O). In the cases corresponding to FIGS. 9 and 10 silicon diaphragms respectively of P type in the plane (100) and of N type in the (111) plane -, the sides of the square are parallel to the axes Ox, Oy defining the perpendicular orientations wa 7b that can be given to the temperature measuring element 7. The four positioning points T of said element then have for coordinates in this reference system
Ox, oy:
XT = t 0.32 Q YT = + 0.32 l (while the center O has for coordinates x = O, y = O).

Sur la figure 9 ont été représentés les quatre éléments 5 de mesure de pression, disposés en des points P proches du contour du diaphragme, sur les axes Ox et Oy de directions < oli > et < 011 > , et orientés parallèlement à cette dernière direction. FIG. 9 shows the four pressure measuring elements 5 arranged at points P close to the contour of the diaphragm, on the axes Ox and Oy of directions <oli> and <011>, and oriented parallel to this last direction. .

Dans les exemples des figures ll à 13, les côtés du carré délimitant le diaphrame 1 sont parallèles aux bissectrices des axes Ox, Cy, avec lesquels coincident les diagonales du carré. In the examples of FIGS. 11 to 13, the sides of the square delimiting the diaphragm 1 are parallel to the bisectors of the axes Ox, Cy, with which the diagonals of the square coincide.

Dans le cas illustré à la figure 11, une solution intéressante est, comme dans le cas correspondant à la figure 5, obtenue en donnant à a et b la valeur 1. In the case illustrated in FIG. 11, an interesting solution is, as in the case corresponding to FIG. 5, obtained by giving a and b the value 1.

On remarquera que, dans un cristal appartenant au système cubique, il y a équivalence de propriétés pour des directions dérivées l'une de l'autre par changement du signe de l'un ou de plusieurs de leurs cosinus directeurs ou par permutation de ces derniers. Ainsi, les direction < abc > , < acb > et < atc > sont équivalentes. En conséquence, chacune des directions cristallographiques mentionnées dans la présente description peut être remplacée par une direction équivalente sans sortir du cadre de l'invention, à condition de faire subir la même transformation (permutation ou changement de signe) à toutes les directions caractérisant chaque solution particulière considérée. It will be noted that, in a crystal belonging to the cubic system, there is an equivalence of properties for directions derived from each other by changing the sign of one or more of their governing cosines or by permutation thereof. . Thus, the directions <abc>, <acb> and <atc> are equivalent. Consequently, each of the crystallographic directions mentioned in the present description can be replaced by an equivalent direction without departing from the scope of the invention, provided that the same transformation (permutation or change of sign) is carried out at all the directions characterizing each solution. particular considered.

L'invention peut également être mise en oeuvre avec d'autres matériaux semi-conducteurs que le silicium, pourvu qu'ils présentent la symétrie cristallographique cubique comme ce dernier corps. Plus précisément, si les coefficientsn11 ,r2 et744 d'un tel semi-conducteur satisfont aux conditions (2a), (2b) ou (3a), (3b), les solutions décrites en correspondance restent valables pour celui-ci. Ainsi, étant donné que le germanium P e t le germanium N ont des coefficients qui satisfont aux conditions (2a), (2b), le germanium de l'un ou l'autre type peut remplacer le silicium P dans les solutions illustrées aux figures 3, 5, 6, 9 et 11. The invention can also be implemented with other semiconductor materials than silicon, provided that they exhibit cubic crystallographic symmetry as the latter body. More precisely, if the coefficients n11, r2 and 744 of such a semiconductor satisfy the conditions (2a), (2b) or (3a), (3b), the solutions described in correspondence remain valid for this one. Thus, since the germanium P and the germanium N have coefficients which satisfy the conditions (2a), (2b), the germanium of one or the other type can replace the silicon P in the solutions illustrated in FIG. , 5, 6, 9 and 11.

I1 est précisé que, dans tous les cas, l'élément 7 de mesure de température peut avantageusement être placé au centre O du diaphragme 1. It is specified that, in all cases, the temperature measuring element 7 may advantageously be placed in the center O of the diaphragm 1.

Claims

claims

1. Device for measuring the temperature of the deformable plane diaphragm of a pressure sensor, this diaphragm being made of a semiconductor single crystal which crystallizes in the cubic system and comprising, in addition to at least one element sensitive to diaphragm deformations caused by by the pressure variations that it undergoes, a temperature sensitive element formed by a linear portion of said electrically isolated single crystal thereof, which serves as a substrate, the latter element, oriented on the surface of the diaphragm so as to being insensitive to the pressure stresses applied to it, providing, by the value of its longitudinal electrical resistance, a measurement of the temperature of the diaphragm, characterized in that the element (7) for measuring the temperature is an element rectilinear very small, arranged at a point (T). determined by x, y coordinates relative to reference axes Ox, Oy carried by this surface the axis Oy being parallel to the longitudinal direction of the element (7), so that the relative variation of the resistance R of this element according to the mechanical stresses it undergoes can be written = = xx + y ~ y ~ z P where sx a and p are stress components along the axes Ox, Oy and along an axis Oz perpendicular to the previous ones, and, ryet ez are the piezoresistive constants of the element along the axes Ox, Oy and Oz, and that the position on the diaphragm (1) of the point (T) or is placed the element (7) for measuring the temperature and the orientation of the latter with respect to the axes Ou, v, w of the crystalline system of the semiconductor are chosen, taking into account the crystallographic orientation of the plane of the diaphragm, so as to minimize the amount AR / R.

2. Device according to Claim 1, characterized in that the semiconductor of the temperature measuring element (7) is of the P type, that the diaphragm (1) is made in the plane (100) of the crystal, that the Oy axis is parallel to one of two crystallographic directions <011> and <Oll? and that the point T is chosen on the bisectors, of directions <031> and

<010>, above directions.

3. Device according to claim 1, characterized in that the semiconductor of the element (7) for measuring temperature is of the N type, the diaphragm (1) is formed in the plane (111) of the crystal, that the axis Oy is parallel to one of the two crystallographic directions. <iTo> and <112> and that the point (T) where is placed said element (7) is chosen on the bisectors of the aforesaid directions.

4. Device according to claim 1, characterized in that the semiconductor of the temperature measuring element is of the P type, the diaphragm (1) is made in a plane

(Oab) of the crystal <a and b being integers) and that the axa Oy is also parallel to the direction <100>.

5. Device according to claim 4, characterized in that the integers a and b are equal to 1.

6. Device according to claim 1, characterized in that the semiconductor of the temperature measuring element (7) is of the N type, the diaphragm (1) is made in the plane (011) or the plane (112). ) of the crystal, and that the axis Oy is parallel to the crystallographic direction <111>.

7. Device according to any one of claims 1 to 6, characterized in that the contour of the diaphragm (1) has a geometric shape with a center 0, such as a circular or square shape, and that the point (T ) where is the element

(7) temperature measurement is merged with said center.

8. Device according to any one of claims 1 to 6, characterized in that the diaphragm (1) has a circular contour of radius a and center O and is mounted by embedding connection on its periphery, and that the point (T) where is placed the element (7) for measuring temperature is chosen on its inflection circle (C), that is to say the circle of center O and radius r equal to about 0, 65 a.

9. Device according to claim 2 or 3, characterized in that the diaphragm (1) has a square outline of side t and center 0, its sides being parallel to the axes Ox, Oy, and is mounted by embedding connection on its periphery, and that the point (T) where is placed the element (7) of temperature measurement is chosen on one of its diagonals, at a distance d = 0.4si of the center 0.

10. Device according to any one of claims 4 to 6, characterized in that the diaphragm (1) has a square outline of side Q and center 0, its sides being parallel to the bisectors of axes Ox, Oy, and is mounted by recess connection on its periphery, and that the point (T) where the temperature measuring element (7) is placed is chosen on one of its diagonals, at a distance d = 0.45 i of the center 0.