Датчик перемещения

(72) (53) шение кон оздяев пторноипримыкаюе, Благода К ПЕРЕМЕЩЕНИЯ ДАТЧ Изоб ьной очно мещен атвора в ежд енин изменения за одложкой МДП-стру ыми на ее поверхн аправ им и ител урыти с вы е олн п ей ит стоком прои ал ком,измен с ние сопротивления циональное измене анала,ки преобрного в видным затво эт пропо зазор льто не- стиа проводи наприм з ремния с прооторой путем ующих участкоованы исток 2расстояниизатвор 4, из ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИ К АВТОРСКОМУ С ретение относится к изме- технике. Цель - повышести измерения линейных ий путем уменьшения нели- статической характеристиазования датчика, выполнене МДП -структуры с подвижром и примесно-имплантиИзобретение относится к изме тельной технике и может быть ис зовано для измерения малых лине перемещений с высокой точностью Цель изобретения - повышение ности измерения путем уменьшени линейности статической характер ки преобразования линейного пер мещения в электрический сигнал.На чертеже схематически пока датчик перемещения, разрез. Датчик содержит по одложку 1, выполненн онокристаллического одимостью р-типа, в егирования соответстрованным каналом в подзатласти. Глубина канала выбветствии с математическимв которое входит отношениния на стоке к. контактнойпотенциалов, а также отноцентраций донорной и акцепримесей в зоне канала ищем к нему обедненном слоря этому при перемещении лированный от нее зазором Ьг, запол- ненным нейтральным газом (в идеале вакуумированным). Затвор выполнен в виде электрода, закрепленного на поверхности подвижного элемента 5, обращенной к подложке 1, и установлен с возможностью перемещения в направлении изменения зазора между ним и подложкой 1, В подзатворной зоне нод-, ложки выполнен канал 6 в виде примесно-имплантированной облаСти между истоком 2 и стоком 3 датчика, Канал 6 в полупроводниковой подложке защищен со стороны зазора слоем 7 диэлектрика иэ двуокиси кремния, а с другой стороны отделен от нее обедненным слоем 8, образующим р - и-переход канал - подложка. К истоку 2, затвору 4 и стоку 3 датчика лодклю15 2 42 1,5 Псгде с =Пк отношение напряжения П источника 11 напряжения на стоке к контактной разности Пк потенциалов р - и-пе 25 рехода канал - подложка; отношение концентраций И и Нц донорной и акцепторной примесей соответственно в области р - и-перехода;Я - относительная диэлекятрическая проницаемостьподложки;35Ео - абсолютная диэлектрическая проницаемостьвакуума;е - заряд электрона.Для получения информации не только 40 о величине перемещения объекта по координате У в направлении изменения зазора Ь но и знака (направления) этого перемещения датчик может быть выполнен по дифференциальной схеме 45 (не показана) . В дифференциальном исполнении он содержит две подложки со сформированными в каждой из них истоком, каналом и стоком и размещенный между ними общий подвижный элемент (якорь), на обеих поверхностях которого закреплены электроды- затворы.Датчик перемещения работает следующим образом.При перемещении подвижного затвора 4 по координате У в направлении изменения зазора ЬГ между ним и подложкой МДП-структуры происходит из 50 чены соответственно источники 9-11напряжений Цщ, П и Пс, выборомсоотношения величйн напряжений которых обеспечивается работа датчика,представляющего собой. фактическиканальный (металл - диэлектрик - полупроводник) МДД-транзистор с подвижным затвором, в режиме сильной инверсии на пологом участке его вольтамперной характеристики. Глубина Упримесно-имплантированного канала6 датчика выбрана из соотношения менени. подзатворной емкости и со - противления Кк канала 6. Это приводит к соответствующему изменению ве. личины тока, протекающего в цепи сток 3 в . источник П напряжения на стоке и. изменяющегося пропорционально изменению зазора, отделяющего затвор 4 от подложки 1. При включении двух датчиков перемещения, имеющих дифференциальное исполнение по схеме четырехплечего неуравновешенного моста (не показана), и кинематическом соединении их затворов между собой и объектом контроля в измерительной диагонали моста появляется напряжение разбаланса в том случае, когда зазоры между затворами и подложками в каждом датчике неодинаковы. Это обуславливает изменения сопротивлений канала в каждой половине дифференциального датчика, равные по величине, но противоположные по знаку, что позволяет определить по. величине и знаку напряжения раэбаланса моста величину и знак контролируемого перемещения.Благодаря тому, что приращения сопротивления К канала в предлагаемом датчике пропорциональны изменениям зазора между его затвором и подложкой, его характеристика преобразования по перемещению практически линейна, в то время как известный датчик перемещения, выполненный в виде МДП-структуры с подвижным затвором и индуцированным каналом, имеет нелинейность характеристики преобразования, превышающую 30%. Формула изобретенияДатчик перемещения, содержащий полупроводниковую подложку с выполненным на ней истоком, каналом, отделенным р -и-переходом от подложки, и стоком, изолированный от подложки зазором затвор, выполненный в виде электрода, установленного с возможностью перемещения в направлении изменения зазора между ним и подложкой, и источники напряжений ПУ и П на истоке, затворе и стоке соответственно, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения точности измерения путем уменьшения нелинейности статической характерис тики преобразования, канал выполнен в( .)" аетрическая пр ость подложк отношение напряжения чника напря а стоке к к и лектрибсолютная диеская проницакуума;аряд злектро ени онБ п-пе 1 Гмос й разнос так пот а е ло ставитель С. Скрыпниехред Л.Олийнык Ципле едактор А. Ог Корректо Заказ 410 683 Подпнсно изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС Раушская наб., д. 4/5 ИИПИ арственного комитета 113035, Москва, Ж Производственно-издательский .комбинат "Патент", г.ужгор ина, 1 виде примесно-имплантированной подзатворной области глубиной У, которая выбрана из соотношения рехода канал - подложкаХ= - ф -- отношение концентраБц ций М и Х донорнойи акц 1 пторной примесей соответственно вобласти р - п-переходамиЙ - относительная диэле