SU934258A1 - Полупроводниковый тензопреобразователь - Google Patents

Description

(5) ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ ТЕНЗОПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

I

Изобретение относитс  к приборостроению , а именно к полупроводниковым тензопреобразовател м теплотехнических и механических величин, и может быть использовано дл  измерени  усили , давлени  и т.д.

Известен полупроводниковый преобразователь , содержащий чувствительный элемент, выполненный в виде монокристаллической сапфировой подложки с расположенными на ней эпитаксимальными тензорезисторами из монокристаллической пленки кремни  р-ти-. па с концентрацией дырок Р (1, 3,2) v10 см-2. СП.

Недостаток этого тензопреобразовател  заключаетс  в значительной температурной зависимости выходного сигнала, что требует дл  получени  преобразовател  высокой точности сложной электронной схемы температурной компенсации с индивидуальной настройкой, а нелинейный характер зависимости ограничивает диапазон рабочих температур.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому эффекту  вл етс  тензопреобразователь , содержащий чувствительный элемент, выполненный в виде монокристаллической сапфировой подложки с расположенными на ней двум  тензочувствительными схемами, в одной

to из которых эпитаксиальные тензорезисторы изготовлены из кремни , легированного бором с концентрацией дырок 3, 9-10 см-, а в другой - с концентрацией дырок 1,810

15 , причем перва  схема подключена к источнику посто нного тока , а втора  - посто нного напр жени  и обе схемы - к электронному преобразователю сигнала Г23.

Я

.

Недостатком известного устройства  вл етс  то, что измерение производитс  каждой схемой в определенном диапазоне температур, что приводит к снижению точности. Цель изобретени  - повышение точности тензопреобразовател . Поставленна  цель достигаетс  тем, что в тензопреобразователь вве дены переключающее устройство и эпитаксиальный терморезистор, выпол ненный из кремни  легированного бором 5 кон1;ентрацией дырок °ЗЮ см, расположенный в недеформируемой зоне сапфировой подложки и включенный в цепь управлени  переключающего устройства, входы которого соединены с выходами тензочувствительных схем, а выход соединен с входом электронного преобразовател  сигнала. На фиг. 1 показан чувствительный элемент полупроводникового тензопреобразовател  давлени , разрез и вид сверху, на фиг. 2 - электрическа  блок-схема полупроводникового тензопреобразователй на фиг. 3 график зависимости относительного изменени  сопротивлени  терморезисто ра от температуры) на фиг. - график температурной зависимости выходных сигналов тензосхем и управл емо го переключающего устройства. Чувствительный элемент полупровод никового тензопреобразовател  давлени  (фиг.1) представл ет собой метал лическую мембрану 1, выполненную заодно с корпусом 2, который содержит полость дл  подачи давлени  Р, с прикрепленной к ней известным способом (например, пайкой) сапфировой . подложкой 3 вырезанной по кристаллографической плоскости (1012). На подложке 3 сформированы эпитаксиальные тензорезисторы k, изготовленные из пленки кремни , легированного бором с койцентрацией дырок А, 5 10 см расположенные у внешнего кра  мембраны 1 попарно вдоль и поперек радиу са мембраны в кристаллографических направлени х (110) и (110) кремни  и соединенные в мостовую схему I с контактными площадками 5. Кроме того

на подложке 3 сформированы методом избирательной диффузии бора эпитаксиальные тензорезисторы 6, изготовленные из пленки кремни , легированного бором с концентрацией дырок 2 , а также расположенные у внешнего кра  мембраны 1 попарно вдоль и поперек радиуса мембраны в

Claims (2)

1. электронного преобразовател  13 сигнала подключен выходной сигнал Ujj(P) тензосхемы II, выходной сигнал которой не зависит от температуры в этом интервале температур (крива  Ц на фиг.4). При равенстве температуры измер емой среды t- сопротивление терморезистокристаллографических направлени х (110) и (110) и соединенные в мостовую схему II с контактными площадками 7. На подложке 3 сформирован также эпитаксиальный терморезистор 8 с контактными площадками 9. изготовленный из пленки кремни , легированного бором с концентрацией дырок 4,510 см, и расположенный на недеформируемой части подложки 3 над боковой стенкой корпуса
2. 2. Мостова  тензосхема П (фиг.2) запираетс  от источника 10 посто нного напр жени  посто нным напр жением UQ, мостова  тензосхема I - от источника 11 посто нного тока посто нным током ig, причем величина U,, и ig подбираютс  так, что при температуре 10 -50 С выходные сигналы обеих тензосхем при определенном давлении Р одинаковы: Uj (Р) Uj(P). Выходы тензосхем I и II соединены с входами управл емого переключающего устройства 12 релейного типа, например триггера, выход которого соединен с входом электронного преобразовател  13 сигнала. В цепь управлени  переключащего устройства 12 включен терморезистор В, величина которого R(tg) подобрана так, что при t R(to) RO, где RQ - сопротивление , при котором происходит переключение устройства 12 из одного стабильного положени  в другое. Полупроводниковый тензопреобразователь давлени  работает следующим образом. При подаче давлени  Р (фиг.1) сапфирова  подложка 3 изгибаетс  вместе с мембраной 1, деформиру  . кремниевые тензорезисторьг и 6, так что на выходах тензосхем I и II по вл ютс  выходные сигналы U-r(P) и U0(P). Поскольку в области низких температур, например от -200 до , сопротивление терморезистора R(t) остаетс  меньше величины RQ (фиг.З), то переключающее устройство 12 находитс  в одном стабильном состо нии, при котором к входу pa становитс  равным RQ (фиг.З) и переключающее устройство 12 переходит скачком в другое стабильное положение , при котором к входу электронного преобразовател  13 сигнала подключаетс  выход UjCP) тензосхемы I, который при дальнейшем повышении температуры, например, от -50 до +20Q°C также не зависит от температуры (крива  15 на Фиг.). Поскольку в этом интервале температур сопротивление терморезистора остаетс  больше R (фиг.3)1 то переключающее устройство 12 остаетс  в одном положении. При понижении температуры переключающее устройство 12 переходит в другое стабильное состо ние при R(t) Rg, т.е. при to -50°С. Таким образом, выходной сигнал переключающего устройства 12 Jj(P) при -50°С t +2000 J(P) при -2000с t -50° не зависит от температуры во всем рабочем интервале температур (крива  16 на фиг.). Использование предлагаемого устройства повышает точность преобразо вани  за счет исключени  температур ной погрешности выходного сигнала тенэопреобразовател . Кроме того, возможно использование прибора D автоматических системах регулировани . Формула изобретени  Полупроводниковый тензопреобраз ватель, содержащий чувствительный элемент, выполненный в виде монокр 6 таллической сапфировой подложки с расположенными на ней двум  тензочувствительными схемами, в одной из которых эпитаксиальиые тензорезисторы изготовлены из кремни , легированного борюм с концентрацией дырок 3,5-109- 9-10 Зсм-, а в другой - с концентрацией дырок 1,810 - , причем перва  схема подключена к источнику посто нного тока, а втора  - к источнику посто нного напр жени  и обе схемы - к электронному преобразователю сигнала, отличающийс  тем, что, с целью повышени  точности и расширени  температурного диапазона , в н.его введены переключающее устройство и эпитаксиальный терморезистор , выполненный из кремни , легированного бором с концентрацией дырок 3, , расположенный в недеформируемой зоне сапфировой подложки и включенной в цепь управлени  переключающего устройстг ва, входы которого соединены с выходами тензочувстаительных схем, а выход соединен с входом электронного преобразовател  сигнала. Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1. Электронна  техника, сер. II, вып. 2, 1976, с. 43. 2, Авторское свидетельство СССР по за вке IP 2582086/18-10, кл. G 01 L 9/0. 20.02.78.

   -wo

   Л%7 -/Л 7Г Й7/Л7

   /

   fi/fto

   . . .у

   100

   юо

   ff

   . . .4V

   УЛ