Интегральный тензопреобразователь

ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН АВТОРСКОМУ СВ ЬСТВ СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ РЕСПУБЛИКГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕИТ СССР)(ВТ) Изобретение относит насе, в частности к интегр ватвлям Цепь изобретени тетвности. Интегральный жит кристалл из кремния, нородной полупроводнико на поверхность упругого э положены девять элект рожки металпизации Конт ся к измерительнои техальным тензолреобразоя - повышение чувствипреобразователь содервыполненного в виде одвой пленки, нанесенной лемента На пленке расрических контактов и доакты расположены цент(19) Я 7 (1 Ц 1545877 А 1 (51) 5 Н 01 Ь 29 84 001 Ь 9 04 рально-симметрично относительно одного из них по восьми направлениям. Первые четыре контакта расположены на равных расстояниях от централь - ного контакта по взаимно перпендикулярным направлениям максимальной тензочувствительности пленки. Оставшиеся вторые четыре контакта также расположены на равных расстояниях от центрального контакта по направлениям, составляющим угол 45 с направлениями максимальной тензочувствительности пленки. Расстояние от центрального контакта до любого контакта из первых четырех составляет 0,15 - 0,3 расстояния от центрального контакта до контакта из вторых четырех контактов. Тензолреобразователь реализуется по стандартной технологии. 4 ил.Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано приконструировании преобразователей механических величин.Цель изобретения - повышение чувствительности,На фиг.1 показана структурно-топологическая.схема преобразования; на фиг.2 -схеМа включения тензопреобразователя; нафиг.З и 4 - примеры реализации кристаллапреобразователя при использовании прямоугольной и квадратной мембран соответственно.Преобразователь содержит упругийэлемент 1, на поверхности которого сформирована тонкая однородная кремниеваяпленка 2 и девять электрических контактов3 - 11, Контакты расположены центральносимметрично относительно контакта 3, Приэтом четыре контакта 4-7 расположены наравных расстояниях от центрального контакта3 по взаимно перпендикулярным направлениям максимальной тензочувствительностипленки, а оставшиеся четыре контакта 8-11расположены на равных расстояниях отцентрального контакта 3 по направлениям,соответствующим углу 45 с направлениямимаксимальной тензочувствительностипленки, При этом расстояние от центрального контакта 3 до контактов 4-7, расположенных в направлениях максимальнойтензочувствительности, составляет 0,15-0,3от расстояния между центральным контактом 3 и контактами 8 - 11, расположеннымив направлениях составляющих угол 45"С снаправлениями максимальной тензочувствительности. Электрические контакты с помощью металлизированных токоведущихдорожек соединяются с контактными площадками 12,Работа тензопреобразователя основана на сдвиговом тенэоэффекте в кремнии, заключающемся в возникновении электрического поля, перпендикулярного направлению распространения носителей заряда при деформации полупроводника, и осуществляется следующим образом, Между контактом 3 и контактами 8-11 подается напряжение питания. При этом на контактах 4-7 устанавливается напряжение, приблизительно равное половине напряжения питания. При отсутствии механических напряжений в области контактов возникающее при подведении питания электрическое поле обладает зеркальной симметрией относительной осей, проходящих от центрального контакта 3 к контактам 8-11. и при этом контакты 4-7 оказываются лежащими на одной эквипотенциальной линии. Следовательно, выходной сигнал преобразователяравен нулю. При приложении к упругомуэлементу 1 измеряемого воздействия в области контактов возникают механические5 напряжения, приводящие к возникновениюанизотропии проводимости кремния, Первоначальная симметрия электрического поля нарушается. В зависимости отнаправления приложения измеряемого воз 10 действия происходит сгущение зквипотенциальных линий в одном иэ направлениймаксимальной тензочувствительности иразрежение в перпендикулярном направлении. Пары контактов 4, 6 и 5, 7 оказываются15 на различных эквипотенциальных линиях.Таким образом, преобразователь обеспечивает дифференциальный выходной сигнал,пропорциональный измеряемому воздействию.20 Один из вариантов схемы включенияпреобразователя (см. фиг.2) содержит источник питания 13, включенный между контактом 3 и электрически объединеннымипарами контактов 4, 6 и 5, 7,25 В случае датчика давления кристаллпреобразователя может быть выполненследующим образом. Кристалл 14 (см.фиг.З и 4), выполненный иэ кремния и-типа проводимости с пленкой 2 р-типа в30 припаверхностном слое, с поверхностью, совпадающей с кристаллографической плоскостью (100), содержит упругийэлемент 1 в виде прямоугольной (см. фиг,З)или квадратной (см. фиг,4) мембраны, сторо 35 ны которой ориентированы вдоль направлений семейства 110. Для прямоугольноймембраны электрические контакты 3 - 11сформированы в ее центре, а для квадратной мембраны - на периферии мембраны,40 около середины ее стороны, Направлениямаксимальной тенэочувствительности пленки в данном случае совпадают с кристаллографическими направлениями 110,Преобразователи могут быть реализо 45 ваны по стандартной технологии ИС. Однородная кремниевая пленка наповерхности упругого элемента создается эпитаксией, диффузией, или ионнымлегированием при использовании кремни 50 евого упругого элемента, либо гетероэпитаксией при использовании структуркремний на сапфире.Предлагаемый преобразователь обладает примерно на 30 фболее высокой чув 55 ствительностью по сравнению с известным,благодаря симметризации потенциала выходных контактов относительно потенциалов контактов, используемых для подводапитающего напряжения к преобразователю,1545877 ИНТЕГРАЛЬНЫЙ ТЕНЗОПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ, содержащий однородную полупроводниковую пленку, нанесенную на всю поверхность упругого элемента тензопреобразователя, и девять электрических контактов к пленке, расположенных центрально-симметрично относительно одного из них по восьми направлениям так, что четыре контакта расположены на равных расстояниях от центрального контакта по взаимно перпендикулярным направлениям максимальной тензочувствительности пленки, а остывшиеся четыре контакта 3Фиг Составитель 8, КопанаеТехред М.Моргентал Редак(56) Авторское свидетельство СССРМ 749307, кл. Н 01 1 41/08, 1978,Формула изобретения Авторское свидетельство СССР М 1482480. кл. Н 011 29/84, 23.04,87, расположены на равных расстояниях от центрального контакта по направлениям, составляющим угол 45 с направлениями 10 максимальной тензочувствительностипленки, отличающийся тем, что. с целью увеличения чувствительности. расстояние от центрального контакта до контактов, расположенных в направлениях макси мальной тензочувствительности. составляет 0 15 - 0 30 от расстояния между центральным контактом и контактами, расположенными по направлениям, составляющим угол 45 с направлениями максимальной тензочувствительности.