Интегральный преобразователь давления

(5)5 6 01 1 9/О ТЕ ОПИСАНК АВТОРСКОМ ИЕИ Б ЕТЕЛЬС ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(71) Научно-,исследовательский институт физических измерений(56) Авторское свидетельство СССР М 182163, кл. 0 01 1. 1/18, 1980.(54) ИНТЕГРАЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ДАВЛЕНИЯ(57) Изобретение может быть использовано при конструировании малогабаритных полупроводниковых датчиков физических величин повышенной точности, : работоспособных в широком диапазоне рабочих температур и в условиях быстроизменяющейся температуры измеряемой среды, В интегральном преобразователе давления Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при конструировании малогабаритных полупроводниковых датчиков физических величин повышенной точности, в частности полупроводниковых датчиков давления, работоспособных в широком диапазоне рабочих температур и в условиях быстроизменяющейся температуры измеряемой среды.Целью изобретения является повышение точности измерения давления в условиях быстроиэменяющейся температуры.На фиг. 1 изображен интегральный преобразователь давления; на фиг, 2 - то же, продольный разрез; на фиг. 3- топология термокомпенсирующего транзистора; на фиг. 4- электрическая схема интегрального преобразователя давления,2конфигурация слоя базы 7 термокомпенсирующего п-р-и-транзистора Щ выполнена в виде двух примыкающих друг к другу под прямым углом одйнаковых прямоугольных областей р-типа проводимости, средняя линия которых совпадает со средней линией расположения тензорезисторов мостовой измерительной схемы, равноудалена от сторон квадратной мембраны и параллельна ее сторонам. При этом змиттерная и -область транзисторами расположена в области примыкания прямоугольных р-типа областей базы. Помещение транзистора Т и тензомоста 5 в одинаковые температурные режимы и исключение влияйия механических напряжений на работу термокомпенсирующейсхемы позволяет увеличить точность измерений за счет уменьшения температурной погрешности. 4 ил,Интегральный преобразователь давления представляет собой монокристалл 1 из кремния, в котором способом аниэотропного травления сформирована квадратная мембрана 2, выполненная за одно целое с о опорным основанием 3. Плоскость мембра- Ч ны 2 совпадает с основной кристаллографи- Ы ческой плоскостью 001) монокристалла 1, а в стороны 4 ориентированы вдоль взаимно ф перпендикулярных направлений 110) и Ф 110. Тензорезисторы Й 1-Я 4 р-типа прово- в димости выполнены диффузией бора в виде и-образных полосок; расположенных на периферии мембраны 2 у одной из ее сторон 4. Два тензорезистора В 1, й 2 расположены в зоне максимальных положительных напряжений, а два других тензорезистора йз, В 4- в области максимальных отрицательных17497313 4напряжений, Тензорезисторы В - В 4 соеди- В-Яа греобраэуются в дифференциальноенены металлизацией, например алюминие- выходное напряжение, которое затем повой, в мостовую измерительную схему ступает в усилительный канал(не показан),(тензомост) 5. Последовательно с мостовой При воздействии температуры на интегизмерительной схемой 5 по цепи питания 5 ральный преобразователь давления термовключен термокомпенсирующий и-р-и- компенсирующий транзистор Ттранзистор (Т), между коллектором 6 и ба- перераспределяет питающее напряжениезой 7 которого включен резистор Вв, а на тензометрическом мосте таким образом,между эмиттером 8 и базой 7- резистор В 6. чтобы скомпенсировать температурныйКонфигурация базы транзистора Т выполне уход чувствительности интегрального прена в виде двух примыкающих друг к другу обраэователя.под прямым углом одинаковых прямоуголь- Поскольку тензометрический мост иных областей р-типа проводймости, Кон- термокомпенсирующий транзистор распоцентрация примеси в базовой области . ложены так, что в любой момент временитранзистора Т и концентрация примеси в 15 изменения температуры они находятся втензорезисторах выбрана одинаковой из одинаковыхтемпературных полях, то и комусловия совмещения операций формирова- пенсация осуществляется с высокой точнония базового слоя транзистора Т итензоре- стью и, следовательно, повышается-зисторов В - Вд. Средняя линия 9 точность измерений давлений в условияхпрямоугольных областей базы 7 совпадает 20 быстроизменяющейся температуры измесо средней линией расположения тензоре- ряемой среды,эисторов Йф-Ви, равноудалена от сторон 4 Кроме того, в конструкции базытранэимембраны 2 и параллельна сторонам 4, стора Т одна прямоугольная область базы 7Эмиттер 8 и -типа проводимости располо- испытывает положительйые напряжения, ажен в центре области примыкания прямо другая прямоугольная область, располоугольных областей базы 7. На одинаковомженная под прямым углом к первой области,: .расстоянии относительно эмиттера 8 сфор- испытывает напряжения той же величины,мированы две контактные площадки 10 к но противоположные по знаку. Посколькуобласти базы 7. Контактные площадки 10 величины сопротивлений областей базы 7соединены между собой металлизацией 11, 30 равны и эти равные сопротивленйя включенапример, на А 1. Этой же металлиэацией ны. параллельно при помощи контактныхвыполнены соединения термокоМпенсиру- площадок 10 и металлизации 11, то и общееющего транзистора Т с тензомбстом и с сопротивлениебазытранзистораТостаетсярезисторами Йб, В 6. В качестве коллектора постоянным и не зависит от механических6 термокомпенсирующего транзистора Т 35 напряжений,используется монокристалл 1, подключение Таким образом, помещение транзисток которому осуществляется через подлеги- раТитенэомоста водинаковыетемпературрованнуюобласть 12 п -типапроводимости. ные режимы и исключение влиянияРезисторы Вв, В 6, служащие для настройки механических напряжений на работу терморежиме температурной компенсации чувст компенсирующей схемы позволяет значивительностиинтегральногопреобразовате- тельно увеличить точность измерений эаля давления, могут быть диффузионными и счет снижения температурных погрешно-выполненными на опорном основании 3.стей.Интегральный преобразователь давле- Ф о р м у л а и з о б р е т е н и яния работавт следующим образом, 45 Интегральный преобразователь давле;Измеряемое давление воздейСтвует на ния, содержащий квадратную мембрану из. мембрану 2 со стороны, противоположной монокристаллическогокремйия и-типа пропланарной. 8 мембране 2 возникаютдефор- водимости, выполненную за одно целое смации и напряжения, Тензореэисторы В 1- опорным основанием, плоскость которойВ 4.воспринимают напряжения, и их 50 совпадает с основной кристаллографичесопротивления изменяются пропорцио- ской плоскостью (ООЦ, а стороны ориентинально измеряемому давлению, Прйчем . рованы вдоль взаимно перпендикулярныхтензорезисторы В 1, Вр, расположенные в зо- . направлений 110, сформированные на плане положительных напряжений, увеличива- . нарной плоскости мембраны тензореэистоют свой номинал,а тенэорезисторы Вз, В, 55 ры р-типа проводимости, которыерасположенные в зоне отрицательных на- соединены металлизированными проводпряжений, уменьйаютсвой номинал. Затем никами в мостовую измерительную схему,засче 1 МостовоговклЮченияТ 6 йэорезисто- сформированные на опорном основанииров В 1-В 4 и ПОдК 1 ачения тенЭомоста в цепь выхОдные кОнтактНыЕ плОЩадкИ, а такжЕбритания сопротйвления тензорезисторов два резистора и сформированный на мембране п-р-п-транзистор, причем и -типа проводимости эмиттер п-р-и-транзистора соединен металлизированными проводниками с соответствующей выходной контактной площадкой, подключенной к диагонали измерительного моста, а коллектор и-р-п. транзистора соединен с другой выходной контактной площадкой, подключенной к источнику питания, при этом один из резисторов включен в цепь коллектора и контактной площадки базы п-р-п-транзистора, а другой - в цепь базы и-р-и-транзистора и его эмиттера,отличающийсятем,что,сцелью повышения точности измерения в условиях быстроизменяющейся температуры, тензореэисторы первой пары противоположных плеч мостовой измерительной схемы расположены вдоль стороны мембраны на расстоянии а от нее до своей средней линии; а тензорезисторы второй пары расположены перпендикулярно и симметрично ме)кду тензорезисторами первой пары на расстоянии з от их средней линии до этой же сторо ны мембраны, при этом базаи-р-и-транзистора имеет форму уголка, который расположен в одном из углов мембраны, средняя линия сторон уголка равноудалена от соответствующих сторон мембраны на расстояние, в эмита+Ь2тер сформирован в центре пересечения средних линий сторон уголка, при этом в базе сформированы две контактные метал лизированные площадки, которые соединены металлизированными проводниками между собой и расположены на одинаковом расстоянии от эмиттера на соответствующей средней линии.