Датчик давления

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 1)4 С 01 1. 9/ АНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ 54) ДАТЧИК ДАВ 57) Изобретени ельной технике овано при конс НИЯотносится к измериможет быть испольуировании полупро" 11 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(56) Патент США Ф 4295115,кл. С 01 1, 9/06, 1981.Патент США В 4202217,кл. С 01 1.9/06, 1980и 9)ЯОа, 4640 водниковых датчиков давления. Цельюизобретения является повышение точности, стабильности и расширение диапазона рабочих температур. Для достижения цели между полупроводниковоймембраной 2 и полупроводниковым корпусом 8 размещены слой диэлектрика5, поликристаллический слой полупроводника 6 и слой стекла 7, равныйпо толщине слою полупроводника 6.Из-за этого различие в термическихкоэФфициентах линейного расширениястекла и полупроводника сказываетсяминимально. 1 ил.Изобретение относится к измерительной технике и может быть исполь зовано при конструировании полупроводниковых датчиков давления.Целью изобретения является повышение точности, стабильности и расширение диапазона рабочих температур.На чертеже показан предлагаемый датчик, 1 ОДатчик давления содержит мембрану, состоящую из тонкой рабочей части 1 иэ полуцроводника и массивного опор,ного кольца 2 тензосхему 3, сформированную на рабочей части мембраны, 15 контактные площадки 4. По периферии мембраны на опорнам кольце нанесенслой 5 диэлектрика, на который, в , свою очередь, нанесен поликристаллический слой 6 полупроводника, соединенный через слой 7 стекла с корпусом8 датчика, выполненного из того же полупроводника, что и мембрана. Для соединения с остальными элементами конструкции датчика предусмотрен 25 фланец 9 с контактными выводами 10, вплавленными через изолятор 11. К выводам 10 присоединены тонкие проводники 12. Присоединение кремниевого корпуса 8 осуществляется через стек- ЗО ло 13, вплавленное во фланец 9, Давление в замембранную полость подается через штуцер 14. Полупроводниковая мембрана 1 обычно выполняется изкремния и Формируется известными методами, например анизотропным , травлением, из массивной подложки, часть которой после разрезки образует опорное кольцо 2. Методами диффузии или ионной имплантации на 40 мембране формируется тензосхема 3, выводы которой осуществляются через контактные площадки 4, При этом соединение между тензорезисторами и контактными площадками 4 осуществляется сильнолегированными слоями кремния, находящимися заподлицо с поверхностью мембраны. На опорном кольце 2 формируется диэлектрический слой 5 двуокиси кремния, при этом ему придается Форма, соответствующая форме корпуса 8, обычно в виде кольца. На диэлектрический слой 5 напыляется слой 6 кремния, он имеет поликристаллическую структуру. Корпус 8 вырезается, например, на ультразвуковых станках из кремния того же типа, что и мембрана. Торцевые поверхности корпуса 8 шлифуются и полируются до 14 класса и после этого соединяются электростатическим (анодным) методом со слоем 7. Стекло для слоя 7 выбирается с возможность близким по отношению кремния температурным коэффициентом линейного расширения (ТКЛР).После соединения слоя 7 стекла и корпуса 8 стекло шлифуется и полируется до толщины, равной толщине слоя 6 кремния. Обычно толщина должна составлять 1-2 мкм. Возможен и другой метод нанесения стеклянного слоя 7 путем напыления. Фланец 9 предназначен для установки сборки датчика в защитный кожух. Он изготавливается из ковара, в него вплавливаются через стекло 13 электрические выводы 10 и стеклянная шайба 13 из стекла, например, марки С 35-1. Поверхнцсть стеклянной шайбы 13 шлифуется и полируется до 14 класса и соединяется электростатическим (анодным) методом с корпусом 8. Возможно выполнение соединения мембраны и фланца 9 с корпусом 8 одновременно, Измеряемое давление подается на мембрану и вызывает ее прогиб, что приводит к появлению выходного сигнала. Со стороны штуцера 14 подается противодавление или поступает атмосферное давление. Изменение температуры окружающей среды приводит к изменению сопротивлений тензорезисторов. Вследствие различия их температурных коэффициентов сопротивления, наличия остаточных мозанических напряжений в мембране, возникших в процессе изготовления, а также влияния на эти напряжения присоединенного корпуса 8 начальный разбаланс изменяется при изменении температуры. Основная причина такого изменения заключается в различии ТКЛР материала мембраны и материала корпуса 8. Вследствие большого момента сопротивления И трубчатого корпуса.8 изменение его линейных размеров вследствие температурного расширения приводит к деформации мембраны и изменениям начального разбаланса датчика. Выполнение корпуса 8 иэ того же материала, что и мембрана, полностью исключает появ-, ление температурных деформаций в мембране, наличие слоев 5-7 не изменяет момент сопротивления Му корСоставитель О.ПолевТехред И.Дидык Корректор С,Черни Редактор Н.Лазаренко Заказ 817/46 Тираж 788 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж, Раушская наб д. 4/5 Производственно-издательский комбинат патент", г.ужгород, ул. Гагарина,101 з 1464055пуса 8 из. в .за их незначительной тол- с тензопреобраэователем опорное1 1 щины. кольцо с диэлектрическим слоем и на-В предлагаемом полупроводниковом несенным на него слоем полупроводнидатчике давления улучшаются техничес- ка соединенным с корпусом о т л и 51 кие характеристики, а именно. точность ч а ю щ и й с я тем, что, с целью измерения в 10-15 раз, температурная повышения точности, стабильности и стабильность начального раэбаланса расширения диапазона рабочих темпера- в 10 раз, а также расширяется диапа- тур в него введен слой стекла, равзон рабочих температур датчика в 2 10 ный по толщине слою полупроводника раза. и размещенный между слоем полупро- Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я водника и корпусом, при этом корпусДатчик давления, содержащий мемб- выполнен из того же полупроводникорану из полупроводникового материала вого материала, что и мембрана.