Малобазный тензотермодатчик

СОЮЗ СОВЕТСКИХюиситюеэаРЕСПУБЛИК В 7/18 УДАРСТВЕККЫЙДЕЛАЫ ИЗ 06 РЕТЕ ОМИТЕТ СССР Й И ОТКРЫТИЙ ЗСРСдВЕйд1 яАЖщ 0р Гас.д ,сЪ ИЗ И ТЕ к двтОтсносст сссССствъствт кристалла, ка омических конта монокристалле н 10 его диаметро торца, а средин расположен на равном юл. М 23н и А.П. Ермаковполитехнический хода, р с 1 р детельство СССР7/18, 1980.тельство СССР7/18) 1976 ксс 5 рЬ К р 5,(54) (57) ИАЛОБАЗНЫЙ ТЕНЗОТЕ содержащий нитевидный монокр кремния, на котором сформиров переход с примыкающими к нему ками с проводимостью р-типа и и три точечных омических конт один из которых размещен на у с проводимостью и в ти, а дв участке с проводимостью р-тип л и ч а ю щ и й с я тем, что целью повьааения точности изме деформации и температуры, уча проводимостью р-типа и и-типа ложены последовательно по дли 9 р речного сеченияроводимостьютипа,(21) 3402374/25-28(прототип),Р 4 ОДАТЧНК,исталлсан р-иучасти-типаакта,часткеа-наа,отсренийстки сраспоне моно,.ЯОА а 01 ждый из двух крайних тов расположен на расстоянии не менее от соответствующего омический контакт сстоянии от р- и пере где 1 - расстояние от среднего кон- Ртакта до р-и перехода; - расстояние от контакта, расположенного на участке с проводимостью и - типа, до р- и перехода;, С 2 е К и К - коэффициенты,тенэочувствии тельности на участках с про водимостью р-типа и и-типа; и- удельная проводимость легированного кремния на участ-, ках с проводимостью р-типа я и и - типа; 5 и 5 " площади попе Р участков с ир-типа и и -Изобретение относится к измерительной технике, а именно к полупро"водниковым датчикам для измерениядеформаций и температур.Известен малобаЪный тенэодатчик,содержащий нитевидный монокристаллкремния и три точечных омических контакта, один из которых расположен всредней части монокристалла, а двана торцах ионокристалла13.Однако точность измерения деформаций этим датчиком ограничена влиянием краевого эффекта, проявляющегосяв зоне каждого торца, а измерениетемпературы таким датчиком вообщеневозможно. 15Наиболее близким к изобретениюпо технической сущности и достигаемому эффекту является малобаэныйтенэодатчик, содержащий нитевидныймонокристалл кремния, на которомсформирован р-и переход с примыкающими к нему участками с проводимостью р-типа и и -типа, расположенными один на другом на поверхностимонокристалла, и три точечных омичес. - 25ких контакта, один из которых размещен на участке с,проводимостью и-типа, а два - на участке с проводимостью р-типа 21.Однако известный тензотермодатчик не обеспечивает высокой точностиизмерения деформации вследствие влияния краевого эффекта, а измерениетемпературы по сопротивлению р- и перехода происходит с невысокой точностью вследствие наличия чувствительности р-.и перехода к деформациимонокристалла.Цель изобретения - повышение точности измерений деФормации и температуры.Эта цель достигается тем, что вмалобазном тензотермодатчике, содержащем нитевидный монокристалл кремния, на котором сформирован р- и переход с примыкающими к нему участ 45ками с проводимостью р-типа и и - типа, и три точечных омических контакта,один нз которых размещен на участкес проводимостью и в ти, а два - научастке с проводимостью р-тица,участки с проводимостью р-типа ии - типа расположены последовательнопо длине монокристалла, каждый издвух крайних омических контактоврасположен на монокристалле на расстоянии не менее 10 его диаметров от,соответствующего торца, а среднийомический контакт расположен на расстоянии от р- и перехода, .равном60Км ир 1 р 5 игде 1 - расстояние от среднего конР.такта до р- и перехода; 65 1 " расстояние от контакта, расположенного на участке спроводимостью и -типа, дор- и перехода;К и К - коэффициенты тенэочувствир Ительности на участках с проводимостью р-типа и и-типа; р и р - удельная проводимость легиированного кремния на участках с проводимостью р-типаи и-типа;,5 р и- площади поперечного сеченияучастков с проводимостьюр-типа и и-типа.На чертеже представлен тензотермодатчик, общий вид.Малобаэный тензотермодатчик содержит нитевидный монокристалл 1 кремния с ориентацией от роста 111, на котором сформирован р- и переход 2 с примыкающими к нему участками 3 и 4 с проводимостью соответственно р-типа и и-типа, и три точечных омических контакта 5, 6 и 7, причем контакты 5 и 7 расположены. на расстоянии 1 к не менее 10 диаметров монокристалла от соответствующих торцев, а контакт б - на расстоянии от р-и перехода, определяемой формулой (1),Участок 3 имеет проводимость р-ти.-. па и коэффициент тенэочувствительности К"90 до 110, Он образует тензочувствительный элемент датчика. участок4 нитевидного монокристалла 1 крем.- ния, заключенный между контактами б и 7, образует термочувствительныйэлемейт. Участки 3 и 4 с различной проводимостью можно получить, например, методом диффузии или при выращивании нитевидных кристаллов. Последний метод позволяет получать ри и"области, имеющие одинковые свойства и нужные размеры одновременно на партии монокристаллов.Малобазный тенэотермодатчик принципиально возможно изготовить и иэ крупногомонокристалла полупроводника, пользуясь существующей технологией, например выпиливанием, шлифовкой, травлением и т.д. Однако дешевле, проще и с лучшими характеристиками можно изготовить полупроводниковые тензотермодатчики иэ нитевидных кристаллов, Это связано с тем, .что нитевидные кристаллы можно получать в процессе роста нужных размеров и форьы, ориентированные в строго определенных кристаллографических направлениях, соответствующих наиболь. шей тенэочувствительности. Тепловая инерция таких приборов мала л". м(1-3) 10 с и дает возможность практически безынерционно измерять тем пературу малых объектов, труднодоступных мест, быстропротекающих процессов.Малобаэный тензотермодатчик рабо" тает следующим образом.1024697 Составитель. Н. ТимошенкоРедактор В. Лазаренко Техред Ъ,Вабинец Корректор Г. РешетникТ Заказ 4375/34 Тираж 602 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д, 4/5филиал ППП фПатентф, г. ужгород, ул. Проектная, 4 Тензотермодатчик приклеивается кконтролируемой детали (не показана).Для измерения деформации контакты 5и б соединяют со входом канала измерения относительного изменениясопротивления.5Для измерения температуры со входом измерительного канала соединяютконтакты б и 7,Деформация контролируемой деталипередается нитевидному монокристаллу, наклеенному на ее поверхность.Однако его деформация неоднородна подлине даже в случае, если деформа"ция контролируемой детали под тензо- .термодатчиком однородна. У концов 15монокристалла 1 имеется слабодефор"мированная область, в которой изменение сопротивления, обусловленноедеформацией, незначительно. В средней части монокристалла 1 имеетсяоднородно деформированная область, вкоторой изменение сопротивления, обусловленное деформацией, имеет максимальную величину. Благодаря тому,что участок 3 перенесен в однородно дефор"мированную область монокристалза 1,увеличивается амплитуда выходного электрического сигнала датчика и повышается точность измерения деформации, а также быстродействие, посколь" ку базой служит часть длины монокристалла 1. В то же время включение в участок 4, используеьый для измерения температуры, областей с проводимостью р-типа и и в ти позволяет компенсировать тенэочувствительность одной области тенэочувствйтельностью другой области, имеющей противоположный знак. Выбор соответствующих длин этих областей и позволяет достичь почти полной компенсации тензочувствительности материала монокристалла 1 при измерении температуры.Применение предлагаемого малобаэного тензотермодатчика при исследовании процессов нагружения деталей, работающих в широком температурном диапазоне, позволяет получить более достоверные данные об условиях работы этих деталей как при лабораторных экспериментах, так и в условиях промышленной эксплуатации машин и меха- низмов