RU1783331C - Интегральный преобразователь давлени - Google Patents
Интегральный преобразователь давлениInfo
- Publication number
- RU1783331C RU1783331C SU904852675A SU4852675A RU1783331C RU 1783331 C RU1783331 C RU 1783331C SU 904852675 A SU904852675 A SU 904852675A SU 4852675 A SU4852675 A SU 4852675A RU 1783331 C RU1783331 C RU 1783331C
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- membrane
- base region
- conductivity
- sites
- strain
- Prior art date
Links
Landscapes
- Pressure Sensors (AREA)
Abstract
Изобретение относитс к измерительной технике и может использоватьс дл измерени давлени . Цель изобретени : увеличение тензочувствительности. Сущность изобретени интегральный преобразователь давлени содержит выполненную за одно целое с основанием кремниевую мембрану, ориентированную в плоскости {100}, и расположенный на ее поверхности интегральный тензотранзистор. Эмиттер тензотранзистора расположен внутри базовой области, тип проводимости котооой отличен от типа проводимости мембраны. Особенно вл етс то, что на кра х базовой области однотипным с ней легированием сформированы по крайней мере две площадки повышенной проводимости, расположенные по отношению к эмиттеру в кристаллографическом направлении семейства 100, а между площадками в пределах базовой области создана по крайней мере одна коллекторна область, причем базова область расположена в одноосно деформируемой в кристаллографическом направлении семейства 100 части мембраны. Даны примеры реализации такой деформации. Положительный эффект, повышение чувствительности не менее, чем в 10 раз. 5 з.п.ф- лы,12 ил
Description
Изобретение относитс к измерительной технике, а именно к интегральным полупроводниковым измерительным преобразовател м давлени , силы.
Известен микроэлектронный преобразователь давлени , состо щий из кремниевой пластины, ориентированный в кристаллографической плоскости (100). На пластине создана мембрана, на которой методами интегральной технологии изготовлена электронна схема. Схема включает два бипол рных транзистора и четыре тензорезистора . Коллекторные области тензотран- зисторов соединены токоведущими дорожками с тензорезисторами одинакового с ними знака тензочувствительности, а их базовые области соединены с тензорезисто- рами, у которых тензочувствительность имеет противоположный знак. Недостатком такого преобразовател вл етс низка чувствительность.
Известен преобразователь давлени , содержащий кремниевую пластину, ориентированную в плоскости (100) и созданную
дои
на ней профилированную пр моугольную мембрану. Мембрана содержит два жестких выступа в виде островкоз. Островки трансформируют разномерно распределенную по поверхности мембраны нагрузку в одно- осное раст жение (или сжатие) тех областей, где расположены тензочувствительные элементы - тензотранзисторы. Тензотранзисто- ры ориентированы на мембране таким образом, чтобы оси, проход щие от эмитте- ра к коллектору, у обоих транзисторов были параллельны между собой, кристаллографическому направлению 110 и близлежащему краю мембраны. Эта конструкци преобразовател обладает более высокой чувствительностью, чем рассмотренна ранее. Это достигаетс благодар созданию концентраторов механических напр жений (островков) и выбором топологии тензотранзистора. Однако чувствитель- ность, самого тензочувствительного элемента , определ ема , как отношение изменени выходного электрического сигнала к величине механического напр жени в области расположени тензоэлемента бу- дет, примерно, такой же.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению вл етс интегральный пре- образоззтель на основе бипол рного транзистора . Тензопреобразователь состоит из кремниевой пластины, ориентированной в кристаллографической плоскости {100}. Анизотропным травлением на пластине создана квадратна мембрана, На мембране расположен тензочувствительный элемент в виде тензотранзистора. Тензотранзистор включает в себ эмиттер расположенный в пределах базовой области, причем тип проводимости базовой области отличен от типа проводимости материала мембраны. По пе- риметру базовой области, на некотором удалении от нее, однотипным с материалом мембраны легированием создана высокопровод ща кольцева площадка, образующа вместе с нелегированными област ми мембраны коллекторную цепь. Недостатком такого преобразовател также вл етс низка чувствительность.
Цель изобретени - увеличение чувствительности интегрального преобразо- взтол давлени . Поставленна цель достигаетс тем, что интегральный преобразователь давлени содержит выполненную за одно целое с основанием кремниевую мембрану ориентированную в плоскости {100} и, расположенный на ее пленарной поверхности, интегральный тен- зотранзистор. Тензотранзистор включает эмиттер, лежащий внутри базовой области, тип проводимости которой отличен от типа
проводимости материала мембраны. На кра х базовой области однотипным с ней легированием сформированы по крайней мэре две площадки повышенной проводимости , ориентированные по отношению к эмиттеру в кристаллографическом направлении 100 . Между площадками в пределах базовой области создана по крайней мере одна коллекторна область, причем базова область тензотрзнзистора расположена в одноосно деформируемой в кристаллографическом направлении семейства 110 части мембраны. Такого рода механическую деформацию можно получить в следующих конструкци х преобразовател :
а)базова область тензотранзистора расположена в центре пр моугольной мембраны однородной толщины, стороны которой ориентированы вдоль направлений
б)базова область тензотранзистора расположена в центре пр моугольной мембраны , стороны которой ориентированы вдоль направлений 110 , причем две противоположные стороны жестко защемлены в основании, а две другие отделены от него узкими полосами, толщина мембраны в которых меньше толщины ее центральной части;
в)базова область тензотрзнзистора расположена у кра квадратной мембраны однородной толщины ориентированной вдоль направлений 110 , посредине одной из ее сторон;
г)базова область тензотранзистора расположена в канавке между двум жесткими и симметричными относительно центра мембраны област ми в виде островков, а продольна ось канаоки ориентирована вдоль направлени 110 .
Наибольший положительный эффект достигаетс при такой топологии чувствительного элемента, когда эмиттер расположен у одной из основных площадок повышенной проводимости, его центр раз- ь ещен на оси, проход щей через центры площадок повышенной проводимости в кристаллографическом направлении семейства 100 , а симметрично этой оси в пределах базовой области последовательно от эмиттера расположены две дополнительные коллекторные площадки, две однотипные по проводимости с базовой областью дополнительные площадки повышенной проводимости и две основные коллекторные площадки. В основе работы преобразовател лежит неизвестное ранее физическое вление - перераспределение концентрации неравновесных носителей
зар да в пластине кремни с бипол рной электропроводностью в услови х одноосной деформации. Перераспределение носителей зар да происходит в направлении перпендикул рном направлению протеканию тока.
Схематично процесс возникновени этого эффекта показан на фиг.1, 2. Сечение поверхностей равной электропроводности изображены на фиг.1, 2 пунктиром, о- механическое напр жение Там же показаны кристаллографические направлени , вдоль которых пропускаетс электрический ток и осуществл етс одноосна деформаци . На фиг.3-6 показаны топологии тензотранзм- сторов, в основе работы которых лежит описанный выше эффект. На пластине кремни , ориентированной в плоскости {100} методами интегральной технологии сформирован многоколлекторный тензотранзистор, Число коллекторов и их расположение в базовой области тензотранзистора определ етс сущностью технической задачи, решаемой преобразователем. На фиг.З, 4 показана топологи двухколлекторного транзистора с корректирующими электродами. На пластине коемни р-типа,ориентированной в плоскости (100) выращен эпитаксиальный слой n-типа. Разделительной диффузией 5 сформирована базова область 1. На кра х базовой области расположены высокопровод щие площадки 2, 6 (п+ -типа).. Площадки ориентированы таким образом, чтобы при приложении к ним электрического напр жени линии тока в отсутствие механического воздействи совпадали с кристаллографическим направлением семейства 100 . В пределах базовой области расположены: эмиттер 3, дча рабочих 4 и два корректирующих коллектора 7. Наличие корректирующих коллекторов 7 и площадок 6 носит вспомогательный характер. Первые служат дл формировани узкого пучка неравновесных носителей зар да, подобно фокусирующим электродам в кинескопе , а вторые дл установки нулевого сигнала в отсутствие механического воздействи . На фиг.5, б представлена топологи двухколлекторного тензотраизистора с низким выходным сопротивлением. Тензотранзистор расположен на пластине кремни , ориентированной в плоскости {100}. Базова область сформирована разделительной диффузией 5 в пластине кремни 1 дл определени р-типа с выращенным на ней эпитаксиальным слоем n-тапов. На кра х базовой области расположены высокопровод щие площадки 2. Их ориентаци относительно кристаллографических осей така же как и в предыдущем случае, В пределах
базовой области наход тс : эмиттер 3. две коллекторные области 4. Дл повышени коэффициента собирани , а следовательно, повышени величины выходного тока, пло- щадь коллектора увеличена. Тензотранзистор располагаетс на мембране таким образом, чтобы при механическом воздействии на мембрану его базова область испы- тывала одноосную деформацию в
кристаллографическом направлении семейства 110 . Конструкции мембран, отвечающие этому условию, показаны нафиг.7-10. Конструкци мембраны на фиг,7. Тензотранзистор расположен в центре пр моугольной мембраны однородной толщины, стороны которой ориентированы вдоль направлений 110 . Конструкци мембраны на фиг.З. Тензотранзистор расположен в центре пр моугольной мембраны, стороны
которой ориентированы вдоль направлений 110 , причем две противоположные стороны мембраны жестко защемлены в основании , а две другие отделены от него узкими полосками, толщина мембраны в которых
меньше толщины ее центральной части. Конструкци мембраны на фиг.9. Транзистор расположен между двум жесткими и симметричными относительно центра мембраны област ми в виде островков, образующих канавку, продольна ось которой ориентирована вдоль направлени 110 . Конструкци мембраны на фиг. 10. Тензотранзистор расположен у кра квадратной мембраны однородной толщины возле середины одной из ее сторон, причем стороны мембраны ориентированы вдоль направл ющей 110 , Изобретение иллюстрируетс следующими примерами. Схемы включени тензотранзисторов показаны на фиг.11-12,
Уровень инжекции неравновесных носителей определ етс величиной сопротивлени R3. Выходной сигнал равен разности падений напр жени на сопротивлени х RK.
Работает преобразователь следующим образом.
В отсутствие механического воздействи выходной сигнал 1), т.к. через коллекторные цепи будут течь токи одинаковой
величины. Если по какой-то причине токи коллекторов не равны, то выбором, например , сопротивлений RK можно добитьс . Дл чувствительного элемента с топологией , изображенной на фиг.З, 4, получить ивых-0 можно подачей электрического напр жени EI соответствующей пол рности (см. фиг. 12). При подаче давлени на мембрану носители зар да будут отклон тьс к одному из коллекторов. Вследствие этого ток этого коллектора будет расти, а
другого уменьшатьс и на выходе по витс сигнал разбаланса коллекторных цепей. Конструкци преобразовател на фиг. 12, позвол ет выбором величины сопротивлени Нф формировать ширину канала в пределах которого дрейфуют носители зар да. Уровень инжекции носителей зар да, кроме как выбором величины R9. можно регулировать измен величину Рр(фиг.11,12). Через это сопротивление p-n-переход, отдел ющий базовую область от материала мембраны , смещаетс в обратном направлении и экстрагирует неравновесные неосновные носители зар да из базовой области. С изменением величины Rp будет происходить измерение эффективной длины диффузии неравновесных носителей зар да. Положение тензотранзистора на мембране показано на фиг.7-10 пр моугольником 1.
Claims (6)
- Таким образом, главным техническим преимуществом за вл емого объекта по сравнению с известными техническими решени ми , вл етс более высока чувствительность (более чем на пор док превосход ща приведенную чувствительность известных конструкций преобразователей при прочих равных услови х). Формула изобретени 1. Интегральный преобразователь давлени , содержащий выполненную за одно целое с основанием кремниевую мембрану, ориентированную в плоскости {100} и, расположенный на ее пленарной поверхности интегральный тензотранзисторге котором эмиттер расположен внутри базовой области , тип проводимости которой отличен от типа проводимости материала мембраны, отличающийс тем, что; с целью увеличени тензочувствительности, на кра х базовой области однотипным с ней легированием сформированы по крайней мере две площадки повышенной проводимости, расположенные по отношению к эмиттеру в кристаллографическом направлении семейства 100 , а между площадками в пределах базовой области создана, по крайней мере, одна коллекторна область, причем базова область расположена в одноосно деформируемой, в кристаллографическом направлении семейства 110 части мембраны .
- 2.Преобразователь по п. 1, о т л и ч а ю- щ и и с тем, что в нем мембрана выполнена пр моугольной, однородной толщины, стороны мембраны ориентированы вдольнаправлений 110 , а базова область тензотранзистора расположена в ее центре .
- 3.Преобразователь по п,1, о т л и ч а ю- щ и и с тем, что в нем мембрана выполненапр моугольной, ее стороны ориентированы вдоль направлений 110 , причем две противоположные стороны мембраны жестко защемлены в основании, две другие стороны отделены от него узкими полосами, толщина мембраны в которых меньше толщины ее центральной части, а базова область тензотранзистора расположена в центре мембраны.
- 4.Преобразователь по п. 1, о т л и ч а ю- щ и и с тем, что в нем мембрана выполненаквадратной, однородной толщины, ее стороны ориентированы вдоль направлений 110 , а базова область тензотранзистора расположена у кра мембраны посредине одной из ее сторон.
- 5.Преобразователь по п.1, о т л и ч а ю- щ и и с тем, что в ним мембрана выполнена с двум жесткими и симметричными относительно ее центра област ми в виде островков , которыми образована канавка, продольна ось которой ориентирована вдоль направлени 110 , а базова область тензотранзистора расположена в канавке .
- 6.Преобразователь по пп.1-5, отл и- чающийс тем, что эмиттер расположен у одной из основных площадок повышеннойпроводимости, его центр размещен на оси, проход щей через центры площадок повышенной проводимости в кристаллографическом направлении семейства 100 , а симметрично этой оси в пределах базовой области последовательно от эмиттера расположены две дополнительные коллекторные площадки, две однотипные по проводимости с базовой областью дополнительные площадки повышенной проводимости и две основные коллекторные площадки.1783331ч /V/СОЮЗ/ Ч100//Фиг. 2чФиг ЛфX/ЪФОФиг.ЗФиг.4z SЈTe««ftgeФиг. 5Фиг. 6010 JФиг. 7IIMl8Ili ij i|liKь ил-С1ЮЗЗиг.8iФиг. 9IJ-A -Hfcvrjrsbч #4Фиг.10tIX
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU904852675A RU1783331C (ru) | 1990-07-23 | 1990-07-23 | Интегральный преобразователь давлени |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU904852675A RU1783331C (ru) | 1990-07-23 | 1990-07-23 | Интегральный преобразователь давлени |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU1783331C true RU1783331C (ru) | 1992-12-23 |
Family
ID=21528434
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SU904852675A RU1783331C (ru) | 1990-07-23 | 1990-07-23 | Интегральный преобразователь давлени |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU1783331C (ru) |
-
1990
- 1990-07-23 RU SU904852675A patent/RU1783331C/ru active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Авторское свидетельство СССР № 1471094, кл. G 01 L 9/04, 1986. Ваганов В.И., Поливанов П.П. Интегральный транзисторный преобразователь давлени . Электронна техника, сери И, Комплексна микроминиатюризаци радиоэлектронных устройств и систем, М., 1975, в 4, с.89-92 (прототип) * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US3049685A (en) | Electrical strain transducer | |
EP0735352B1 (en) | Force transducer and method of fabrication thereof | |
US3758830A (en) | Transducer formed in peripherally supported thin semiconductor web | |
US4275406A (en) | Monolithic semiconductor pressure sensor, and method of its manufacture | |
US6642594B2 (en) | Single chip multiple range pressure transducer device | |
US4503709A (en) | Pressure sensor | |
US3537319A (en) | Silicon diaphragm with optimized integral strain gages | |
CN112284607B (zh) | 一种十字岛耐高温耐腐蚀压力传感器芯片及制备方法 | |
KR101177543B1 (ko) | 접촉 압력 센서 및 그 제조 방법 | |
EP0303875A2 (en) | Si crystal force transducer | |
US5446307A (en) | Microelectronic 3D bipolar magnetotransistor magnetometer | |
US4839708A (en) | Electromechanical semiconductor transducer | |
JPH06213743A (ja) | 半導体圧力センサ | |
US3161844A (en) | Semiconductor beam strain gauge | |
RU1783331C (ru) | Интегральный преобразователь давлени | |
US3323358A (en) | Solid state pressure transducer | |
JP3108528B2 (ja) | 光位置検出半導体装置 | |
JP3116409B2 (ja) | 半導体歪みセンサ | |
US6510742B1 (en) | Sensor formed on silicon on insulator structure and having reduced power up drift | |
US3662234A (en) | Semiconductor electromechanical transducer element having a p-n-p or n-p-n amplifying junction integrally associated with a strain-sensitive region | |
EP3964789A1 (en) | Strain gauge and strain measurement assembly | |
JPH0337750B2 (ru) | ||
US3410132A (en) | Semiconductor strain gauge | |
RU2550756C1 (ru) | Трехколлекторный биполярный магнитотранзистор с ортогональными потоками носителей заряда | |
US5065204A (en) | Magnetoelectric element and magnetoelectric apparatus |