Полупроводниковый датчик давления

Полупроводниковый датчик давления

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

<>498522

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Сома Советскии

Социалистических

Ресиублни (61) Зависимое от авт. свид-ва— (22) Заявлено 19.12.72 (21) 1859950/18-! О с присоединением заявки— (32) Приоритет— (43) Опубликовано 05.01.76. Бюллетень № 1 (45) Дата опубликования описания 1б.Об.7б (51)М.Кл. 6 Oi L 7 02

Государственный комитет

Совета Министров СССР (53) УДК 53).787 (088.8) ло делам изобретений и открытий (72) Авторы изобретения

В. В. Чепурнов, В. В. Сбродов и Ю. H. Лазарев (71) Заявитель

Куйбышевский политехнический институт им. В. В. Куйбышева (54) ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ ДАТЧИК ДАВЛЕНИЯ см

30

Изобретение относится к области приборостроения, в частности к устройствам для измерения низких статических давлений газа.

Известные устройства имеют следующие недостатки: высокий уровень собственных шумов из-за образования генерационных центров основных носителей заряда в результате механических напряжений в канале; низкую чувствительность к малым давлениям; наличие гистерезиса при повышении и понижении измеряемого давления; малую механическую прочность из-за опасности разрушения пласстин полупроводника в области канала при случайных увеличениях внешнего давления.

Цель изобретения заключается в разработке датчика, чувствительного к малым давлениям, имеющего низкий уровень собственных шумов не показывающего явления гистерезиса и обладающего высокой механической прочностью.

Поставленная цель достигается в результате выполнвния воспринимающего элемента в виде металлической мембраны, расположенной с определен ным зазором над слаболегироваиной пластиной кремния р-типа проводимости, в которой методом диффузии созданы две сильнолегированные зоны п-типа (сток и исток), а между мембраной и одной из этих зон (истоком) приложено постоянное напряжение смещения.

На рисунке показасно устройство полупроscpíèê0Bîão датчика давления.

Датчик содержит гибкую металлическую мембрану 1, прикрепленную через изоляц;юнную прокладку 2 к металлическому корпусу

8. Под мембраной 1 иа расстояшш не более

20 — 25 ллт расположена тонкая слаболегированная пластина 4 кремния р-типа. которая установлена на изоляционном основании 5.

Пластина кремния 4 имеет две сильнолегированные зоны б и 7 и-типа (нсток, сток), нанесенные методом диффузии, имеющие металлический контакт с соответствующими электродами, Между этими зонами образуется канал, длина которого не превышает 5 мк.я. Между мембраной 1 и выводом истока б приложено постоянное напряжение смещения E,„. Напряжение питания U„, приложено между истоком б ll стОкОм 7 через сопротивление нагрузки 8. Выходной сигнал с датчика снимается с электрода стока 7.

Устройство работает следующим образом.

Под действием напряжения смещения E„, между мембраной и пластиной кремния создается сильное электрическое поле, напряженность которого равна

498522 или з 1сч — "з Е=

И (2) а,р. ° W

Ьу

i,=G ° ьУ=а р -W

П Ц

Ьу (4) 30

40 где d — воздушный зазор между мембраной 1 и пластиной 4.

Электрическое поле, в свою очередь, вызывает образование обедненного слоя на поверхности пластины кремния 4. Поверхностная плотность заряда в канале равна: где 83 — диэлектрическая проницаемость среды в зазоре. Для простоты считаем, что ипверсионный слой в канале при Е„, = О отсутствует. 15

Проводимость G бесконечно малого сечения канала шириной W и длиной Лу равна: где p — подвижность основных носителей заряда в канале.

Сила тока в бесконечно малом канале, падение напряжения на котором ЛК равна: 25 или, с учетом выражения (2), имеем:

i, = 0„, (5)

Умножая обе части равенства на Лу и интегрируя по длине канала L, получаем:

L @7 / с с з сч(у о ьи где U„U„— напряжения на стоке и истоке, соответственно.

Теперь с учетом U„ = О, сила тока стока равна где U> — падение напряжения на сопротивлении 8.

При воздействии измеряемого давления P мембрана 1 прогибается, меняется величина зазора между мембраной 1 и пластиной кремния 4, что вызывает измерение напряженности поля Е в канале и изменение толщины обедненного слоя в канале и изменение толщины обедненного слоя в кремнии. И как следует из выражения 8, изменение зазора между мембраной 1 и пластиной кремния 4 вызывает пропорциональное изменение силы тока, протекающего через канал между истоком и стоком. формула изобретения

Полупроводниковый датчик давления, содержащий воспринимающий элемент и пластину полупроводника, отличпющийся тем, что, с целью увеличения чувствительности, механической прочности, уменьшения собственных шумов и устранения явления гистерезиса, воспринимающий элемент выполнен в виде металлической мембраны, расположенной с опреде ленным зазором над слаболегированной пластиной кремния р-типа, имеющей две сильнолегированные диффузионные зоны п-типа, а между мембраной и одной из этих зон приложено постоянное электрическое напря жение смещения.

Редактор Т. Зенбицкая

Составитель О. Полев

Техред Е. Подурушина

Корректор И. Симкина

Заказ 491/733 Изд. Из 202 Тираж 1029 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобветений и открытий

Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Тип. Харьк. фил. пред. «Патент»