半導(dǎo)體壓力傳感器的結(jié)構(gòu)簡單可靠

壓力傳感器廣泛應(yīng)用于生活中，如一些停車場系統(tǒng)。為了提高人們對壓力傳感器的理解，本文將介紹半導(dǎo)體壓力傳感器，通過本文，您將了解壓力傳感器和壓力傳感器的結(jié)構(gòu)，如果您對壓力傳感器感興趣，請關(guān)注我們力準(zhǔn)傳感站點(diǎn)資訊欄目。

一般來講半導(dǎo)體壓力傳感器可分為兩類，一類是根據(jù)半導(dǎo)體PN結(jié)（或肖特基結(jié)）變化的原理制成的各種壓敏二極管或晶體管，壓敏元件的性能非常不穩(wěn)定，所以發(fā)展用途不大，另一種是由半導(dǎo)體壓力阻力效應(yīng)組成的傳感器，是半導(dǎo)體壓力傳感器的主要品種，在早期階段，半導(dǎo)體應(yīng)變片主要粘貼在彈性元件上，制成各種應(yīng)力和應(yīng)變測量儀器。隨著半導(dǎo)體集成電路技術(shù)的發(fā)展，擴(kuò)散電阻作為壓力阻力元件出現(xiàn)在半導(dǎo)體壓力傳感器上。壓力傳感器結(jié)構(gòu)簡單可靠，無相對運(yùn)動部件。傳感器的壓敏元件與彈性元件相結(jié)合，消除了機(jī)械滯后和蠕變，提高了傳感器的性能。

電阻管半導(dǎo)體具有電阻特性和外力，即電阻特性和外力的變化，稱為電阻效應(yīng)，單位應(yīng)力作用下產(chǎn)生的電阻率的相對變化稱為電阻系數(shù)，表示為符π。數(shù)學(xué)表示+/=π。

半導(dǎo)體電阻承受應(yīng)力時產(chǎn)生的電阻值的變化主要取決于電阻率的變化，因此上述壓阻效應(yīng)的表達(dá)式也可以寫為R/R=π。

在外力作用下，由材料的楊氏模量(Y)決定的半導(dǎo)體晶體產(chǎn)生一定的應(yīng)力(∞)和應(yīng)變(δ)，即Y=∞/δ。

如果用半導(dǎo)體承受的應(yīng)變表示壓阻效應(yīng)，/R=Gδ。

G稱為壓力傳感器的敏感因子，表示單位應(yīng)變下產(chǎn)生的電阻值的相對變化。

壓阻系數(shù)或敏感因子是半導(dǎo)體壓阻效應(yīng)的基本物理參數(shù)，它們之間的關(guān)系就像應(yīng)力和應(yīng)變之間的關(guān)系，由材料的模量量決定，即G=πY。

由于半導(dǎo)體晶體的彈性，場的模量和壓力阻力系數(shù)隨晶體的方向而變化，半導(dǎo)體壓力阻力效應(yīng)的大小也與半導(dǎo)體的電阻率密切相關(guān)，電阻率越低，靈敏因子的值就越小，擴(kuò)散電阻的壓力阻力效應(yīng)由擴(kuò)散電阻的晶體方向和雜質(zhì)濃度決定，雜質(zhì)濃度主要是指擴(kuò)散層的表面雜質(zhì)濃度。

常用的半壓力傳感器選擇N型硅片作為基板。首先，將硅片制成具有幾何形狀的彈性部件，在硅片的應(yīng)力部分，沿不同的晶體制作四個P擴(kuò)散電阻，然后將四個電阻變成四臂等電橋，電阻變成電信輸出，這種具有壓力效應(yīng)的電橋是壓力傳感器的心臟，通常稱為壓力阻力橋。壓力阻力橋的特點(diǎn)是：四臂的電阻值相等（均為R0）；相鄰臂的壓力阻力效應(yīng)值相等，符號相反；四臂的電阻溫度系數(shù)相同，始終處于相同的溫度下，其中的R為室溫下無應(yīng)力的電阻值；電阻溫度系數(shù)（α）引起的變化；電阻值變化引起的電阻值變化；電橋輸出電壓為u=I0RG）

I0為恒流源電流，E為恒壓源電壓，壓力阻力橋的輸出電壓直接與應(yīng)變（δ）成正比，與電阻溫度系數(shù)引起的RT無關(guān)，大大降低了傳感器的溫度漂移，半導(dǎo)體壓力傳感器是檢測流體壓力最廣泛的傳感器，其主要結(jié)構(gòu)是由單晶硅材料組成的膜盒，薄膜形成杯狀，杯底為外力部分，杯底采用壓力橋，用相同的硅單晶材料制圓形座椅，然后將薄膜粘在座椅上，壓力傳感器具有靈敏度高、體積小、固體化等優(yōu)點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用于航空、宇宙航行、自動化儀器和醫(yī)療儀器。