Преобразователь механических напряжений в электрический сигнал

(71) Одесский ордена Трудовогоного Знамени государственный уситет им. Я.И.ИечниковаАЗОВАТЕЛЬ МЕХАНИЧЕСКИ ЛЕКТРИЧЕСКИЙ СИГНАЛупроводниковый тензозлемент с злектричес,отличающий целью повышения тензо и, в качестве тензо-,злемента использован ельно-прозрачною дизженниа слоем металла введения.Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в качестве датчика для измерения механических давлений,Известен датчик, использующий тензосвойства выпрямляющего контактаметалл-полупроводник. Его тензочувствительный элемент состоит изкристалла, на одной из граней которого расположен выпрямляющий контактметалл-полупроводник, а на другой па-(Ораляельной грани кристалла расположен невыпрямляющий (омический) контакт. На выпрямляющий контакт оказывает механическое воздействие индентор. К тензочувствительному элементу 15подводят постоянное напряжение иконтролируют проходящий ток, по изме",.нению которого судят о приложенномдавлении 1) .Недостатком известного устройства является сравнительно малая тензочувствительность. Это объясняетсятем, что при воздействии давлениясопротивление выпрямляющего контактаизменяется только за счет изменениятока термоэлектронной эмиссии,Наиболее близким к предлагаемомупо технической сущности и достигаемому результату является полупроводниковый преобразователь давления сиспользованием тензоэффекта.Выполнение тензочувствительногоэлемента в этом преобразователереализуется структурой полупроводник - туннельно-прозрачный диэлектрик - полупроводник (2.Тен очувствительный элемент такого типа обладает невысокой чувствительностью в связи с тем, что привоздействии давления .тензочувствительный ток определяется током термоэлектронной эмиссии.Цель изобретения - повышение тензочувствительности преобразователя,Укаэанная цель достигается тем,что в преобразователе механическихнапряжений в электрический сигнал,содержащем полупроводниковый тензочувствительный элемент с электрическими контактами, в качестве тензочувствительного элемента использован полупроводниковый кристалл стуннельно-прозрачным диэлектриком,снабженным слоем металла со стороны силовведения. 55На чертеже изображен предлагаемыйпреобразователь,Преобразователь состоит из пьедестала 1, на котором расположен по лупроводниковый кристалл 2 с невыпрямляющим (омическим) контактом 3 на пьедестале. На противоположной грани кристалла расположен слой туннельно- прозрачного диэлектрика 4. Со стороны 5 силовведения на туннельно-прозрачномдиэлектрике 4 сформирован слой металла 5. Полупроводниковый кристалл 2,туннельно-прозрачный диэлектрик 4 иметалл 5 в совокупности представляетсобой выпрямляющий контакт. На металле 5 расположен индентор 6 для создания механических давлений. Тензочувствительный преобразователь контактами5 и 3 подключен во внешную цепь, состоящую из источника 7 питания и исполнительного устройства 8. Механическое давление через индентор 6 воздействует на выпрямляющий контакт, в результате чего сопротивление выпрямляющего контакта уменьшаеФся,а ток в цепи исполнитель" ного устройства увеличивается, приводя последнее в действие.Ток в цепи исполнительного устройства в основном определяется сопротивлением выпрямляющего контакта со слоем туннель" но-прозрачного диэлектрика между металлом и полупроводником.В отсутствии давления сопротивление контакта велико и ток в цепи мал.При воздействии давления ток увеличивается по двум причинам, Во-первых, при воздействии давления уменьшается ширина запрещенной зоны полупроводника и увеличивается плотность Поверхностных состояний на границе полупроводник-диэлектрик, что приводит к уменьшению высоты потенциального барьера и увеличению тока термоэлектронной эмиссии. Во-вторых, изменение плотности поверхностных электронных состояний (увеличение) приводит к увеличению тока через поверхностные уровни, расположенные на границе полупроводник туйнельно-прозрачный диэлектрик, При отсутствии диэлектрического слоя между металлом и полупроводником ток через поверхностные уровни не протекает и тензочувствительность определяется только изменением высоты потенциального барьера, так как в этом случае уровень ферми закреплен на поверхности полупроводника и его положение не зависит от приложенного смещения,1Наличие промежуточного диэлектрического слоя между металлом и полупроводником увеличивает роль токов через поверхностно-электронные состояния.Таким образом, в случае наличия контакта металл-полупроводник с туннельно-прозрачным диэлектрическим слоем происходит увеличение тензочувствительности за счет перемещения спектра поверхностно-электронных состояний, созданного связью атомов металла-полупроводник, к дну зоны проводимости (происходит дополнитель1008824 Составитель В.КурбатоваТехред А.Бабинец Корректор А.Гриценко Редактор Ю.Ковач Заказ 2351/64 Тираж 701 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР пр делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб д. 4/5.филиал ППП фПатентф, г. ужгород, ул. Проектная, 4 ное уменьшение высоты потенциального барьера) и за счет токов поверхностные уровни с последующим туннелированием сквозь слой диэлектрика. Предлагаемыйпреобразователь позволяет повысить тензочувствительность по сравнению с известными приблизительно в 10 раз.