Полупроводниковый тензопреобразователь

Полупроводниковый тензопреобразователь

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для преобразования механических величин в электрический сигнал Цель дополнительного к авт.свид. СССР № 934257 изобретения - повышение точности измерений в широком диапазоне температур. Для этого необходимо уменьшить разброс значений температурной погрешности чувствительности , обусловленный технологическим разбросом концентраций дырок в тензорезисторак. Уменьшение разброса значений температурной погрешности достигается путем использования ее зависимости от отношения ширины гетерозпитаксиального кремниевого тензорезистора к его толщине. Новым в тензопреобразователе является использование тензорезисторов с величиной отношения их ширины Ъ к толщине h, определяемой в зависимости от концентрации дырок по формуле

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (я) 4 G Ol L 9/04

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМ У СВИДЕТЕЛЬСТВУ при

Оь7 с " — с0 975 при 0,975 2 Ñ ро

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ .СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (6) ) 934257 (21 ) 3976310/24") 0 (22) 19,)1,85 (46) 07.08.88. Бюл. Р 29 (71) Государственный научно-исследовательский институт теплоэнергетического приборостроения .(72) В.М.Стучебников, В.И.Суханов и В.В.Хасиков (53) 531.787 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 934257, кл. G 01 L 9/04, 1982. (54) ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ ТЕНЗОПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ (57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для преобразования механичес" ких величин в электрический сигнал.

Цель дополнительного к авт.свид.

СССР N 934257 изобретения — повышение точности измерений в широком диа" пазоне температур. Для этого необходимо уменьшить разброс значений температурной погрешности чувствительности, обусловленный технологичесЛ0„„ 141508 А 2 ким разбросом концентраций дырок в тенэорезисторах. Уменьшение разброса значений температурной погрешности достигается путем использования ее зависимости от отношения ширины гетероэпитаксиального кремниевого тензорезистора к его толщине. Новым в тензопреобраэователе является использование тензорезисторов с величиной отношения их ширины д к толщине h определяемой в зависимости от концентрации дырок по формуле где р, — концентрация дырок, обеспечивающая равный нулю температурный коэффициент чувствительнбсти тензопреобразователей с широкими (д/ау 40) тенэорезисторами. 5 ил.

1415086

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для преобразования механических величин в электрический сигнал н является усовершенствованием иэве" стного тензопреобразователя — по авт.св. N 934257.

Цель изобретения — повышение точности измерений в широком диапазоне температур за счет уменьшения разброса значений температурной погрешности чувствительности, обусловленно,го технологическим разбросом кон:, центраций дырок в тенэореэисторах, Сущность дополнительного изобретения состоит в том, что уменьшение

t разброса значений указанной величины достигается путем использования ее зависимости от отношения ширины тен- 20 зорезистора Ь к его толщине h, На фиг.1 показан тенэорезистор, поперечное сечение; на фиг.2 — зависимости температурного коэффициента сопротивления (ТКС) и =åìïåðàòóðíî- 25 го коэффициента тенэочувствительносb ти (ТКТ) от величины — — для тенэоh резисторов, изготовленных из кремния концентрацией дырок р = 7,0 х 30 х 10 см ; на фиг. 3 — полученные экспериментально значения величин

b/h wr p/р, при которых чувствительность тенэопреобразователя с мостовой тензосхемой, запитанной от генератора тока, не зависит от температуры; на фиг. 4 — тензопреобразователь; на фиг. 5 " температурные зависимости чувствительности преобразователей. 40

Современная технология легирования эпитаксиальных пленок кремния HB сапфировых подложках позволяет получать заданное значение концентрации дырок с погрешностью в пределах 45

«15Х, что дает разброс значений температурной погрешности чуствитель" ности тенэопреобраэователей вокруг нулевого значения в пределах

+0,057. / С, Однако механические и термические деформации подложки в направлении, перпендикулярном.оси тенэорезистора (фиг.1), передаются

B его объем не полностью. Чем меньше величина b/h, тем меньше при заданной деформации подложки среднее значение поперечной деформации тензорезистора, поэтому такие электрофиэические характеристики гетероэпитаксиальных тенэореэисторов, как ТКС и

ТКТ, зависит от величины b/h. Это позволяет, воздействием на величину

b/h уменьшить разброс значений температурной погрешности чувствительности тензопреобразователей при их серийном производстве (фиг. 2 и 3).

Связь величин Ь/h и р/р (фиг.3) описывается эмпирической формулой Ь/h = (1 - р/р ), где р — концентрация дырок, обеспечивающая равный нулю температурный коэффициент чувствительности тенэопреобразователей с

1пирокими (Ь/h v> 40) тензорезисторами и зависящая от материала упругого элемента. Как видно иэ фиг.3, для любой концентрации дырок из интервала (0,7 — 1,0)р, можно указать такое значение, величины Ь/h из интервала (3 - 40), при котором чувствительность тензопреобразователя не зависит от температуры.

Предлагаемый полупроводниковый. тензопреобразователь (фиг.4) содержит упругий элемент 1, выполненный в виде закрепленной по контуру круглой сапфировой мембраны, на поверхности которой расположены гетероэпитаксиальные кремниевые тезореэисторы 2 р-типа проводимости, соединенные в мостовую схему, Контактные площадки

3 служат для присоединения микропро" водников к тензосхеме.

Плоскость сапфировой мембрань1 имеет кристаллографическую ориентацию (1012), тенэорезисторы расположены в плоскости (001) кремния и ориентированы вдоль кристаллографических направлений (110 ) кремния. Чуствительность такого тенэопреобраэователя при р = 7,1 ° 10 см и b/h ) 40 практически не зависит от температу" ры в интервале от -50 до 250 С (фиг,5,кривая а). С учетом техноло" гического разброса слои кремния на различных сапфировых подложках имеют концентрацию дырок от 5 10> до 7,1 х х 10 .см

Тензорезисторы изготавливают из слоя кремния толщиной 2 — 3 мкм известными методами фотолитографии.Для обеспечения необходимого значения величины b/1". перед проведением фотолитографии определяются конкретные эна" чения толщины кремния h и концентра жи дырок р. В зависимости от полученных значений h и р выбирают фото-: шаблон, обеспечивающий при проведении

141

-07

ЮО . В/Ь 0ЬР.2

-0Z и бО фотолитографии необходимую величину

b/h, На фиг. 5 показайы температурные зависимости чувствительности преобразователей, тензорезисторы которых изготовлены из кремния с одной концентрац ей дырок р = 0,8ро = 597 х х 10 см з, но имеют значения

5 (кривая б) и Ь/h = 40 (криЬ .h вая с).

Таким образом, путем выбора необходимой величины Ь/h можно в несколько раз уменьшить температурную погрешность чувствительности тенэопреобразователей.

Формула изобретения

Полупроводниковый тензопреобразователь по авт.св. Р 934257, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью по5086 вышения точности измерений в широком диапазоне температур за счет уменьше" ния разброса значений температурной

5 погрешности чувствительности, обусловленного технологическим разбросом концентраций дырок в тензорезисторах, последние имеют величину отношения ширины Ь к толщине h определяемую

10 в зависимости от концентрации дырок из выражения (1 - — ) при 0,7 - - 0,975;

Ро рр

>40 при 0 975 P — 1 е о где р — критическая концентрация о дырок, обеспечивающая равйый нулю температурный коэффициент чувствитель10 ности тенэопреобразовате" лей с широкими (b/h >r 40) тензорезисторами.!

4!5086

0,7

1415086

0,N

Составитель И,Сумцов"

Техред М Ходанич Корректор М.Демчик

Редактор Н. Рогулич

Заказ 3863/38 Тираж 847 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4