Полупроводниковый датчик давления

Полупроводниковый датчик давления

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

СОюз СОВЮтсиих

СОциалжтичееиик

Реепубпик (61) Лополнительное к авт. свид-ву(22) Заявлено 051175 (21) ?184251/25 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет—

Н 01 L 29/84

// Н 01 С 10/10

//й 01 Ь 9/04

Государственный комитет

Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий (43) Опубликовано 0510",8,6æëëeòåíb,% 37 (53) УДК 621.382 (088.8) . (45) Дата ОП Оликовапия описания 16,087 я

В.H.Màñëîâ, И.К.Бронштейн, Н.И.Лукичева, О.Е.Коробов, Е.С.10рова, E.В.Синицин и Ю.В.Сокуренко (72) Авторы изооретеиия

Государственный ордена Октябрьской Революции научно-исследовательский и проектный институт редкометаллической промышленности Гкредмет (54) ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЯ ДАТЧИК ДАВЛВНИЯ

Изобретение OTHocHTGR к класс измерительных полупроводниковых приборов, используемых, в частности, при измерении гидростатического давления.

Известно, что полупроводники со сложной зонной структурой изменяют свое сопротивление, если основной и дополнительный минимумы сближаются под действием гидростатического давления

Известный полупроводниковый датчкк давления на основе арсенида галлия электронного типа проводимости может использоваться для измерения гидростатического давления до 60000 бар (1) . Однако таким датчиком невозможно измерить низкое гидростатическое давление (до 200 бар) кз-.за малой величины коэффициен-т та чувствительности 2,5 10 бар

Также известен полупроводниковый датчик давления, содержащий полуизолирующую подложку к нанесенный на нее полупроводниковый чувствительный элемент на основе твердого раствора, например 4> 4а„„н, выполненный в виде параллелепипеда с двумя контактами (2j. Коэффициент чувствительности к давлению такого датчика и предельное допустимое давление зависят от энергетического зазора между минимумами, определяемого составом компонент твердого раствоНапример, paz Qa A s Р о, коэффициент чувствительности к давлению при комнатной температуре сос4 -1 тавляет около 3,0 10 бар, а предельно допустимое давление 3500 бар. При уменьшении содержания фосфида галлия до х = 0,25 коэффициент

1увствительности к давлению уменьшается до 0,5 10 бар, предельно допустимое давление увеличивается до 14000 бар, а диапазон измеряемых давлений составляет 100 — 14000 бар.

Но -.àêèå датчики на основе GaAs+„"

" Р . имеют ограниченный диапазон измеряемых давлений.

Цель изобретения — расширение диапазона измеряемых давлений.

Цель достигается тем, что чувствительный элемент полупроводникового датчика давления на основе твердого раствора аАв„ „ р„ представляет собой структуру с переменным по длине содержанием компонентов арсенида галлия к фосфида галлия, причем содержанке одного из компо545214 нентов возрастает от одного контакта к другому.

Содержание фосфида галлия может возрастать монотонно по длине датчика от х > 0,01 до х,40,40, либо дискретно по длине датчика от X ) 0,01 до

X 4 0,40,причем в соседних слоях значения к отличаются на 0,01-0,10., Кроме того, отношение объемов соседних участков выбрано в пределах от 1 до 10

На чертеже изображен полупроводниковый датчик . давления.

0Н представляет собой параллелепипед, состоящий иэ полуизолирующей подложки 1, выполненной, например, из арсенида.галлия, легированного хрбйоМ, и слоя 2 твердого раствора с изменяющимся по длине датчика содержанием компонент. На крайние слои чувствительного элемента нанесены контакты 3 и 4, к которым присоединены выводные электроды 5 и 6.

Чувствительность описанного выше датчика для случая дискретного йзменения компонент определяется формулой:

W s,., Ц„.

1" 4 где з - коэффициент чувствительности к давлению слоя состава QaAsq х; Рх„ г начальное сопротивление —

ro слоя.

В случае плавного изменения состава в формуле вместо суммирования по всем слоям нужно произвести интегрирование по длине датчика.

Датчик давления предназначен для измерения гидростатического давления в диапазоне 10 - 60000 бар, поскольку в состав чувствительного элемента входят слои @a(As„„.р с .х» 0,36-0,39, предназначенные для измерения давлений от 10 до 5000 бар и слои йа As „ „Р„с Х «О, 01-0, 20, предназначенные для. измерения давления ,до 60000 бар.

Например, для датчика давления, .содержащего четыре слоя с х 0,01„

0,26у Ot29fi 0,35 при Й й3 К 7. "-Й =Я Ц®4, получаем при 1000 бар

94,8 ° 10 бар, при 4000 бар В а3,7» 0 г. бар при 8000 бар Я 3,3 10 "барр ри 20000 бар g "- 0,11 *10 " бар и при

0000 бар Я0,28 10 "бар.

Поскольку коэффициент.чувствительности датчика давления является функцией коэффициентов чувствительности и сопротивлений каждого слоя, можно рассчитать и осуществить практическое выполнение структуры с любым законом изменения коэффициента чувствительности от давления.

Получить структуру с изменяющимся составом компонент арсенида галлия и фосфида галлия по длине образца от одного контакта к другому можно

30 при эпитаксиальном наращивании из газовой фазы.

Предлагаемый полупроводниковый датчик давления имеет преимущества по сравнению с датчиками давления изЯЙ Аб и 5 Às„„Р „поскольку-позволяет измерять давления в более широкОм диапазоне, а именно 106ООО0 бар.

Формула изобретения

1. Полупроводниковый датчик давления, содержащий полуизолирующую

25 подложку и нанесенный на нее чувствительный элемент на основе твердого раствора, например 5Q Às „Рх, выполненный в виде параллелепипеда с двумя контактами, о т л и ч а юЗО шийся тем, что, с целью расширейия диапазона измеряемых давлений, чувствительный элемент представляет собой структуру с переменным по длине содержанием компонентов арсенида

35 галлия и фосфида галлия, причем содержание одного из компонентов возрастает от одного контакта к другому.

2. Датчик по п.I, о т л и ч а юшийся тем„ что содержание фосфида галлия возрастает монотонно по длине датчика от х > 0,01 до х -6 0Ä40.

3. Датчик по п.1, о т л и ч а юшийся тем, что содержание фос4б фида галлия возрастает дискретно по длине датчика ат Х > 0,01 до х Ñ 0,40, причем в соседних слоях значения отличаются на 0,01-0,1Î, 4. Датчик по пп.1-3, о т л н ч аю шийся тем, что отношение объемов соседних, слоев лежит в пределах от 1 до 10.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

55 1. М.K-Vms йаС ит агьеьйе pressure Sensor "High teniperatvres-High pressur es"

1974, т.6, с.237-240.

2. Патент CDJA Ф 3270562, кл. 73-398, 1966.

545214

Составитель A. Прохорова

Редактор Е.Месропова Техред А.Алатырев КОРРектоР В.Сердюк

Заказ 5463/1 Тираж 960 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП Патент, r.Óæroðoä, ул. Проектная,4