發布時間:2023-03-10 10:15:48
作者:小編
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壓阻式壓力傳感器是利用單晶硅材料的壓阻效應和集成電路技術制成的壓力傳感器。傳感器使用單晶硅片作為彈性元件。在單晶硅晶片上使用集成電路工藝,將一組等效電阻擴散到單晶硅的特定方向。電阻器連接到電橋中,單晶硅晶片放置在傳感器腔中。當壓力發生變化時,單晶硅應變,使應變電阻直接擴散到其上產生與測量壓力成比例的變化,電橋電路得到相應的電壓輸出信號。
壓阻式壓力傳感器通過集成工藝將電阻條集成在單晶硅膜片上,形成硅壓阻芯片。芯片外圍固定封裝在外殼中,以引出電極引線。壓阻式壓力傳感器也稱為固態壓力傳感器。它不同于粘性應變片,需要通過彈性敏感元件間接感受外力,而是通過硅隔膜直接感受實測壓力。
壓阻效應用于描述機械應力產生的材料的電阻變化。與壓電效應不同,壓阻效應只產生阻抗變化,不產生電荷。大多數金屬材料和半導體材料都具有壓阻效應。由于硅是當今集成電路中的主要材料,因此由硅制成的壓阻元件的應用變得非常有意義。電阻的變化不僅是由于與應力有關的幾何變形,而且是由于材料的電阻與應力有關,這使得度數因數比金屬大幾倍。
單晶硅材料在壓力下改變其電阻率。通過測量電路獲得與壓力變化成比例的輸出電信號。壓阻式壓力傳感器用于測量和控制壓力、張力、壓差和其他物理量(如液位、加速度、重量、應變、流量、真空),這些物理量可以轉換為力的變化。
當力作用在硅晶體上時,晶體的晶格變形,導致載流子從一個能谷散射到另一個能谷,從而導致載流子遷移率的變化。這種變化在縱向和橫向上干擾載流子的平均數量,從而改變硅的電阻率。
這種變化隨晶體的取向而變化,因此硅壓阻效應與晶體取向有關。硅壓阻效應不同于金屬應變片。前者的電阻隨壓力的變化主要取決于電阻率的變化;后者的電阻變化主要取決于幾何尺寸的變化,前者的靈敏度比后者大50至100倍。