Датчик давления

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТ ИЧЕСНИХРЕСПУБЛИК 94 С 01 САНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ ре- зо- т ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМПРИ ГННТ СССЗф АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(1) Сибирский физико-техннческий институт им. В.Д. Кузнецова при 1 Томском государственном университете им. В.В. Куйбышева(56) Иарьямова И,И., Сыдир Б.И., Екимов Ю.С. О применении нитевидных кристаллов антимонида галлия для создания датчиков больших давлений. Иатериалы ТТТ Всесоюзной конференции"Нитевидные кристаллы для новой техники, - Воронеж, 1979, с. 134-136.Авторское .свидетельство СССР9 433634, кл. С 01 Т, 9/04, 1977. (54) ДАТЧИК ДАВЛЕНИЯ(57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения высоких давлений жидкостей и газов. Целью изобретения является повышение точностипутем уменьшения температурного сопротивления пьезорезистора.,Пьезорезистор сформирован эпитаксиальнья методом в виде монокристаллическогослоя 3 твердого раствора А 1 Са ЯЬна электроизолирующей подложке 2,при этом 0,35( х - 0,45, и произведено легирование теллуром до концентрации электронов (15) 10 з м 3.Давление к пьезорезистору подводитсягидростатически. Повышение точностидостигается эа счет выбора составатвердого раствора в. указанных пределах, при этом уменьшается температурный коэффициент сопротивленияМ.,.примерно на порядок по сравнениюс чистым СаЯЬ, а ньезочувствитель"ность ос остается неизменной. Взультате улучшается качество пьерезистора=Ы/Ы, что позволяесоздавать термостабильные датчикидавления, 3 ил.Изобретение относится к измерительной технике, в частности к датчи"кам давления.Цель изобретения - повышение точности путем уменьшения температурного5коэффициента сопротивления резистора.На фиг. 1 показана структура полупроводникового резистора из А 1 СаБЬ;на фиг. 2 - рассчитанная зависимостькоэффициента качества от состава;на фиг.3 - теоретически рассчитаннаязависимость температурного коэффициента сопротивления от температурыи экспериментально измеренные значения его для резистора из А 1 оу Сао,638 ЬРезистор из твердого раствораА 1 СаБЬ получают методом жидкофазной эпитаксии (фиг, 1). На подлож.ке 1 р-СаБЬ с ориентацией (100) с 20целью улучшения электрической изоляции рабочего слоя от подложки выполняют слой 2 дырочного А 1 Са,БЬ ссодержанием А 18 Ь х0,3 толщиной7 мкм. Мышьяк вводят с. целью согласования постоянных решетки, подложкии слоя. Далее наращивают рабочий слой3 электронного А 1 п Сап ьБЬ (Аз)толщиной 16 мкм. Для изготовления надежных омических контактов поверх рабочего слоя наращивают слой 4 электронного СаБЬ. Омическйе контакты 5 формируют вплавлением иавесок олова. Израбочего слоя А 1 ь.,Сап,БЬ (Аз) с помощью фотолитографии вытравливают рабочий участок тензорезистора в виде35полоски длиной 3 мм и шириной 0,5 мм;Резистор из А 1 Са, ЯЬ указанногосостава помещают в корпус,(на чертежене показан), заполненный.непроводящей,40химически неактивной жидкостью, например трансформаторным маслом.Датчик работает следующим образом.Давление к резистору подводитсягидростатически, Его сопротивление,зависящее от давления, измеряется омметром, показания которого являютсявыходным сигналом датчика,Резистор выполнен из твердого раствора и-А 1 Са,ЯЬ с содержаниемА 18 Ь 0,35 х 0,45, легированного50теллуром до концентрации электронов105101 тсм з,Требованиями, предъявленными кдатчикам давления вообще, и к тензорезисторам, в частности, являютсявысокое значение коэффициента пьезочувствительности оК ЙК/Йр иГнизкое значение температурного коэффициента сопротивления Ы = Е йК/ЙТ, где К -удельное сопротивление резистора, Р - удельное сопротивление резистора; Р - давление; Т- темпера-. тура. Отношение этих двух характеристик определяет коэффициент качества Я = Ы. /Ы, Очевидным требованием к датчику давления является необходимость высокого значения Я.Расчет Ы, (х), Ы .(х) и ч(х) для различных составов твердого раствора ведется через вычисление удельного сопротивления твердого раствора по формуле к =е(Ч,.и,. +1 р +(9,р)1, где и; и ш, - соответственно концентрация и подвижность электронов в 1-м минимуме эоны проводимости. Концентрации и, вычисляют посредством решения уравнения электронейтральности с использованием известных зна-, чений параметров. Зависимость коэф"- фициента качества от содержания х А 18 Ь в твердом растворе и-А 1 СаБЬ приведена на фиг. 2. Расчет показал, что в твердом растворе А 1 Са БЬ коэффициент качества может почти на порядок величины превьппать значение Ч в СаБЬ. Высокое значение Ц в и-А 14 СаЯЬ обусловлено низким значением Ыт при х = 0,4.Слабая температурная зависимость удельного сопротивления твердого раствора вызвана тем, что в упомянутой области составов в переносе заряда принимают участие электроны, находящиеся одновременно в Р, Ь и Х подзонах зоны проводимости. Факторы, которые определяют сильную зависимость от температуры в других полупроводниковых материалах в данном материале взаимно компенсируют друг друга. При этом пьезочувствительность остается высокой и составляет ю (0,4) = 1 10Па 1Расчеты показывают также, что уровень легирования и - А 1 Са.БЬ не должен превьппать 5 107 см-, так как более сильное легирование ведет к резкому уменьшению коэффициента пьезочувствительности. Нижний предел уровня легирования -1 10 смобусловлен технолоЮгическими трудностями получения твердого раствора с меньшей концейтрацией электронов. На фиг. 3 изображена расчетная зависимость температурного коэффициента сопротивления от температуры, Видно, что в интервале температур 220-320 К расчетное значениеЗаказ б 949/38 Тираж 789 Ъ ВНИИПИ Государственного комитета по 113035, Москва, ЖПодписноезобретениям и открытиям при ГКНТ СССРРаушская наб., д. 4/5 . иэводственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул. Гагарина,10 5 15220 . не превышает 3О ф К , что на порядок ниже значения о в СаБЬ.Коэффициент тензочувствительности данного резистора составляет 1,1" к 10Па , что примерно в два раза ниже значения ю в СаЯЪ. Зависимость температурного коэффициента сопротивления от температуры изображена точками на фиг. 3.Видно, что в области температур 180 Т(220 К значения К. низки, 2 10 фКи приблизительно соответствуют расчетным. В интервале температур Т 220 К О(,- увеличивается, однако остается в два раза ниже, чем у резистора из СаЯЬ.Применение в качестве пьезочувствительного элемента резистора из твердого раствора А 1 хСа,ЯЬ с составом 0,35 й хй 0,45, легированного .теллуром 20 до уровня 1 10 - 510 см з, поэво 15, 47К 56 6,лнт создавать термостабильные датчики- давления простые по конструкции, не требующие дополнительных мер к стабилизации температуры. Датчик давления, содержащий корпус, заполненный незлектропроводной химически. нейтральной жидкостью, и размещенный в нем полупроводниковый резистор, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности путем уменьшения температурного коэффициента сопротивления резистора, полупроводниковый резистор выполнен в виде твердого раствора А 1 Са к ЗЬ при условии 0,35 с х 0,45, легированного теллуром до концентрации электронов,110" 5 1 Ом.