SU1613888A1 - Интегральный преобразователь давлени - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к измерительной технике и может быть использовано дл  измерени  давлени  с повышенной чувствительностью и пониженной величиной питающего напр жени . Цель - повышение чувствительности и уменьшение габаритов. Это достигаетс  тем, что тензорезисторы 2 располагаютс  на пр моугольной мембране 1 в зоне максимальных напр жений на пересечении биссектрис. При этом длину и ширину мембраны выбирают по представленным соотношени м, а глубину легированной области каждого тензорезистора выбирают 0,16 - 0,2 от толщины мембраны. 2 ил.

Description

Изобретение относитс  к контрольно- измерительной технике и может быть использовано в области приборостроени , в частности при изготовлении полупроводниковых элементов мембранного типа.

Цель изобретени  - повышение чувствительности и уменьшение габаритов интегральногоо полупроводникового преобразовател  давлени .

На фиг. 1 представлена полупроводникова  мембрана и расположение тензорези- сторов (вид сверху): на фиг. 2 - сечение А-А на фиг. 1 (глубина легированной области тензорб3.исторов).

Интегральный полупроводниковый преобразователь давлени  состоит из совпада- ющей с кристаллографической плоскостью (100), пр моугольной мембраны 1, на которой расположены тензорезисторы 2 р-типа проводимости глубиной до 0,16-0,2 от толщины , например, тонкой меньше 50 мкм мембраны 1. Стороны 3 мембраны 1 ориентированы вдоль взаимно перпендикул рных направлений семейства 110 . Два

. тензорезистора 2 RI, Ri расположены в се- редине длинных сторон, а два тензорезистора 2 R2, R2 - в зоне пересечени  биссектрис (пунктирна  лини ), так как проведенные исследовани  напр женного состо ни  шарнирноопертых и жестко защемленных по сторонам 3 пр моугольных слабо анизотропных мембран при равномерно распределенной нагрузке показывают , что в зоне пересечени  биссектрис напр жени  на 5-10% больше, чем в центре. Тензорезисторы соединены в мостовую схему .

Как показывают расчеты длину и ширину (сторон 3) пр моугольной мембраны необходимо выбирать из соотношени  а : b 2 дл  защемленной по контуру и а : b : 5 дл  опертой.

При этом наибольшие по абсолютному значению изгибающие моменты получаютс  на контуре в серединах длинных сторон пластины.

Эти же расчеты показывают, что наибольший прогиб и изгибающие моменты

имеют место уже при

-|- 1,75. а при-|- 2

имеет место незначительное их увеличение, которое сравнимо со значением прогиба изгибающих моментов (напр жений) при

в

Дальнейшее сравнение относительных величин прогиба, изгибающих моментов показывает , что в случае пластинки с весьма выт нутым пр моугольным контуром прогиб вследствие заделки по контуру уменьшаетс  в п ть раз, а механические напр жени  (изгибающие моменты), например , длр- - 1,5 при заделке краев уменьВ

шаютс  примерно на 7%.

Интегральный преобразователь работает следующим образом.

Давление (например, газа, жидкости и т.д.) от-«равномерно распределенной нагрузки q, действующей на мембрану 1, и в результате деформации (напр жений) в зо- не тензорезисторов 2 мембраны, измен етс  сопротивление тензорезисторов RiRi R2R2 и на выходе с моста (не показан) измен етс  выходное напр жение. Чем больше механическое напр жение в мембране 1, тем сильнее сигнал (ток) и поэтому отпадает необходимость в мощных вторичных приборах по усилению сигнала.

В преобразователе тензорезисторы R2 R2 имеют увеличение напр жени  на 5-10%, а также на 21-14% увеличение напр х ени  дл  всех тензорезисторов, располагаемых в ортотропной мембране.

0

5

Увеличение на 20% нагрузки на мембрану , в которой тензорезисторы расположены а зоне максимальных напр жений, может увеличить электрический сигнал в 2,4 раза. Поэтому увеличение суммарного напр жени  на 31 % за счет учета анизотропии мембраны ведет к увеличению электрического сигнала на выходе в 2,4 раза при той же начальной нагрузке. Это обеспечивает повышение чувствительности при ограничении габаритов преобразовател , что позвол ет рнизить питание напр жени  и увеличить срок работы преобразовател .

Claims (1)

1. Формула изобретени  Интегральный преобразователь давлени , содержащий пр моугольную полупроводниковую мембрану, защемленную по. контуру, и диффузионные тензорезисторы одного типа проводиг.ости, сформирован0 ные на мембране с ориентацией вдоль длинных сторон мембраны и включенные по мостовой схеме, причем два тензорезисто- ра, включенные в противоположные плечи моста размещены на периферии мембраны на линии, проход щей через середину ее длинных сторон, отличающийс  тем, что, с целью повышени  чувствительности и уменьшени  габаритов, в нем два других тензорезистора расположены соответственно каждый в зоне пересечени  биссектрис углов мембраны, причем глубина легированной области тензорезисторов составл ет 0,16-0,2 от толщины мембраны, а отношение днинной стороны а мембраны к

   5 короткой стороне b выбрано из услови 

   а .Ь 2.

   5

   0

   Фиг. I