Преобразователь механических напряжений в электрический сигнал

Преобразователь механических напряжений в электрический сигнал

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ МЕХАНИЧЕСКИХ 1 НАПРЯЖЕНИЙ В ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ СИГНАЛ, содержащий полупроводниковый тензочувствительный элемент с электрическими контактами,о тличающий с я тем,что,с целью повышения тенэоiчувствительности , в качестве тензо-. :чувствительного элемента использован кристалл с туЯнельно-прозрачным диэлектриком , снабженным слоем металла 1 со стороны силовведения.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЯ Л

РЕСПУБЛИК (Е (10

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ. СССР

П ИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 2982313/18-10 (22) 12.09.80 (46) 30.03.83. Вюл. Р 12 (72) В.A.Ïðåñíîâ, О.П.Канчуковский, Г.А.Сулин и А.Л.Шенкевич (71) Одесский ордена Трудового Красного Знамени государственный университет им. И.И.Иечникова (53) 621.382 531.781(088.8) (56) 1. Патент ФРГ В 1941911, кл. Н 01 L 29/84,1974.

2. Патент ClttA 9 4011577, кл. 357-26, 1977 (прототип) .

g(50,H Ol,L 29/84 G Ol Х l/22

)(54)(57) ПРЕОВРАЗОВАТЕЛЬ ИЕХАНИЧЕСКИХ

:НАПРЯЖЕНИЙ В ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ СИГНАЛ содержащий полупроводниковый тензо:чувствительный злемент с электрическими контактами,о т л и ч а ю щ и й— с я тем,что,с целью повышения тензо,чувствительности, в качестве тензо-.

:чувствительного злемента использован

"кристалл с туйнельно-прозрачные дизлектриком, снабженным слоем металла ,со стороны силовведения.

1008824

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в качестве датчика для измерения механических давлений.

Известен датчик, использующий тензосвойства выпрямляющего контакта металл-полупроводник. Его тензочувствительный элемент состоит из кристалла, на одной из граней которо» го расположен выпрямляющий контакт металл-полупроводник, а на другой па-(0 раляельной грани кристалла расположен невыпрямляющий (омический) контакт. На выпрямляющий контакт оказывает механическое воздействие индентор. K тензочувствительному элементу 15 подводят постоянное напряжение и контролируют проходящий ток, по изме".. нению которого судят о приложенном давлении (1).

Недостатком известного устройства является сравнительно малая тензочувствительность ° Это объясняется тем, что при воздействии давления сопротивление выпрямляющего контакта изменяется только за счет изменения 25 тока термоэлектронной эмиссии.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является полупроводниковый преобразователь давления с 30 использованием тензоэффекта.

Выполнение тензочувствительного элемента в этом преобразователе реализуется структурой полупроводник — туннельно-прозрачный диэлектрик — полупроводник (2).

Тен очувствительный элемент такого типа обладает невысокой чувствительностью в связи с тем, что при воздействии давления .тензочувствительный ток определяется током тер- 40 моэлектронной эмиссии.

Цель изобретения — повышение тен зочувствительности преобразователя.

Укаэанная цель достигается тем, что в преобразователе механических напряжений в электрический сигнал, содержащем полупроводниковый тензочувствительный элемент с электрическими контактами, в качестве тензочувствительного элемента использован полупроводниковый кристалл с туннельно-прозрачным диэлектриком, снабженным слоем металла со стороны силовведения. 55

На чертеже изображен предлагаемый преобразователь.

Преобразователь состоит из пьедестала 1, на котором расположен по- 60 лупроводниковый кристалл 2 с невыпрямляющим (омическим) контактом 3 на пьедестале. На противоположной грани кристалла расположен слой туннельнопрозрачного диэлектрика 4. Со стороны65 силовведения на туннельно-прозрачном диэлектрике 4 сформирован слой металла 5. Полупроводниковый кристалл 2, туннельно-прозрачный диэлектрик 4 и металл 5 в совокупности представляет собой выпрямляющий контакт. На металле 5 расположен индентор 6 для создания механических давлений. Тензочувствительный преобразователь контактами

5 и 3 подключен во внешную цепь, состоящую из источника 7 питания и исполнительного устройства 8.

Механическое давление через индентор 6 воздействует на выпрямляющий контакт, в результате чего сопротивление выпрямляющего контакта уменьшается,а ток в цепи исполнительного устройства увеличивается, приводя последнее в действие.Ток в цепи исполнительного устройства в основном определяется сопротивлением выпрямляющего контакта со слоем туннель" но-прозрачного диэлектрика между металлом и полупроводником.В отсутствии давления сопротивление контакта велико и ток в цепи мал.При воздействии давления ток увеличивается по двум причинам. Во-первых, при воздействии давления уменьшается ширина запрещенной зоны полупроводника и увеличивается плотность Поверхностных состояний на границе полупроводник-диэлектрик, что приводит к умень.— шению высоты потенциального барьера и увеличению тока термоэлектронной эмиссии. Во-вторых, изменение плотности поверхностных электронных состояний (увеличение) приводит к увеличению тока через поверхностные уровни, расположенные на границе полупроводник туйнельно-прозрачный диэлектрик.

При отсутствии диэлектрического слоя между металлом и полупроводником ток через поверхностные уровни не протекает и тензочувствительность определяется только изменением высоты потенциального барьера, так как в этом случае уровень ферми закреплен на поверхности полупроводника и

его положение не зависит от приложенного смещения.

Наличие промежуточного диэлектрического слоя между металлом и полупроводником увеличивает роль токов через поверхностно-электронные состояния.

Таким образом, в случае наличия контакта металл-полупроводник с туннельно-прозрачным диэлектрическим слоем происходит увеличение тензочувствительности за счет перемещения спектра поверхностно-электронных состояний, созданного связью атомов металла-полупроводник, к дну зоны проводимости (происходит дополнитель1008824

Составитель В.Курбатова

Техред А.Бабинец Корректор А.Гриценко

Редактор Ю.Ковач

Заказ 2351/64 Тираж 701 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР пр делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж 35, Раушская наб., д. 4/5.

Филиал ППП Патент, r. ужгород, ул. Проектная, 4 ное уменьшение высоты потенциального барьера) и за счет токов поверхностные уровни с последующим туннелированием сквозь слой диэлектрика.

Предлагаемый преобразователь позволяет повысить тензочувствительность по сравнению с известными приблизительно в 10 раз.