Полупроводниковый датчик усилий

И Е" 3780ИЯ О П ИЗО 3 оюз Советски Социалистическ Республик ЕТ Т Кл. Ст 01 Ь 7/18 Заявлено 31, т/111.1970 ( 1481,160/25-28) Приоритет 01.1 Х.1969,70415/69, Япони Опубликовано 17.1 Ю 973, БюллетеньКомитет по делам обретений и открыти ри Совете Министров СССРУДК 531.787.913(088.8 97 та опубликования описан вторызобретения Иностра ами, Хироси От 1 Япони Иностранна та Электрик Инцыани и Хидео Курокавая) Нобор аявит фирмандастриал К, Лтдя) Ма ОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ ДАТЧИК УСИЛИЙ ависимый от патентаИзобретение относится к измерительной технике, а именно к конструкции полупроводниковых датчиков усилий.Известны полупроводниковые датчики усилий, содержащие основание с проводимостью типа Р или Лг, суженное в одном месте посредством выреза и несущее на одной 1 или обеих поверхностях слои с проводимостью другого пипа. Однако известные полупроводниковые датчики усилий имеот недостаточную чувствительность.В описываемом датчике повышение чувствительности достигается за счет того, что в основании по одну сторону от выреза образована область с низким удельным сопротивлением, а по другую сторону - область с высоким удельным сопротивлением, на одной,или обеих поверхностях которой образованы слои с проводимостью другого типа, Повышение чувствительности достигается также за счет того, что область с низким удельным сопротивлением и слой с проводимостью другого типа образованы на одной из поверхностей основания.На фиг. 1 представлена структура датчика усилия; на фиг. 2 - 4 - различные виды конструктивного выполнения датчика; на фиг,5- - в увеличенном масштабе суженная часть датчика и кривая распределения концентрации дверок и электронов в суженной части датчика; на фиг. 6 - способ использования датчика.Полупроводниковый датчик усилий содержит силиконовое основание 1 листового тип", имеющего 2000 мкм в длину, 100 лкл в ширину и 30 мкм в толщину на виде, показанном на фиг. 2 и 100 мкм на виде, показанном на фиг. 3 и 4, причем основание сужено у своего центра (минимум ширины в месте сужения равен 50 мкм), область 2 с проводимостью типа Р, имеющую удельное сопротивление от нескольких ом/см до нескольких тысяч олт/сл. Область 2 с высоким удельным сопротивлением граничит с областью 3 с проводимостью типа Р, имеющей низкое удельное сопротивление в месте соединения 4, которое образо. вано вблизи от центра суженного участка или в окрестности центра основания 1. Эта область образована бором, избирательно диффундирующим в основании от одной пли обеих главных поверхностей основания 1 на глубину, равную толщине основания, С областью 2 граничит область 5 с проводимостью типа У, которая образована фосфором, дпффуп - дирующим в основание 1 на глубину в несколько микрон на расстоянии до 850 лкл ог правого конца основания. Удельное сопротиь. ление области 5 равно 0,001 олт/с,. Место:. соединения областей 2 и 5 является соедине ние б.5101520 25 30 35 40 3На фиг. 2 показан случай, когда область 5 образована вдоль одной главной поверхности основания 1, на фиг. 3 и 4 - случаи, когда эта область образована вдоль обеих главных поверхностей. На фиг. 3 показан вырез, образованный вдоль соединения 4 на одной поверхности основания 1, на фиг, 4 вырезы выполнены на обеих поверхностях.Длина области 2, образованной в центральной части основания 1, выбрана более длинной и равной эффективной длине диффузии носителей. Поперечная площадь центральной части значительно меньше благодаря вырезу, сделанному в направлении, перпендикулярном к продольному направлению основания 1.Таким образом электрические характеристики датчика значительно улучшаются за счет поверхностной рекомбинации, в результате чего эффективная длина диффузии нооителей уменьшается.На фиг, 6 показан способ использования датчика, Основание 1 присоединяется к металлическому слою 7, нанесенному на изолирующую плату 8 и разделенному на две части пазом 9. Присоединенне осуществляется таким образом, что область 8 электрически связана с одной частью металлического слоя 7, а область 5 - с другой, причем предварительно на области 3 и 5 напыляется никелевохромовый или золотохромовый сплав для лучшего контакта с металлическим слоем 7.Источник постоянного тока 10 электрически связан с металлическим слоем 7 в прямом направленни по отношению к поверхности соединения 4, соединяющей слои с разной проводимостью. Расстояние от свободного конца изолирующей плиты 8 до центра паза 9 составляет 5000 мкм.Рассмотрим работу датчика, когда основание 1 сделано из силикона, а область 2 с высоким удельным сопротивлением имеет проводимость пипа Р,Если источник постоянного тока 10 присоединен таким образом, что напряжение приложено в прямом направлении по отношению к поверхности (месту соединения) 4, то дверки инжектируются из места соединения 4 у суженного участка в область 2, вызывая так называемое явление двойной инжекции. Таким образом, через область 2 протекает ток, модулированный проводимостью. В этом случае, зависимость между напряжением 11 и током 1 дается формулой 1=1, У", Здесь ток 1, зависит от размера элемента, а показатель т изменяется пропорционально изменению эффективной длины диффузии, которая зависит от величины приложенного усилия. Сужение основания 1 позволяет повысить концентрацию носителей в окрестностях мест соединений 4 и б в области 2 с высоким удельным сопротивлением так, как это показано на фиг. 5. Механическая деформация наиболее сильно проявляется вблизи места соединения 4, поэтому эффект нагрузки может быть рассмотрен только по отношению к окрестности места соединения 4. Предмет изобретения 1. Полупроводниковый датчик усилий, содержащий основание с проводимостью типа Р или Л, суженное в одном месте посредством выреза и несущее на одной или обеих поверхностях слои с проводимостью другого типа, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности, в основании по одну сторону от выреза образована область с низким удельным сопротивлением, а по другую сторону - область с высоким удельным сопротивлением, на одной или обеих поверхностях которой образованы слои с проводимостью другого талипа.2. Полупроводниковый датчик усилий по п. 1, отличающийся тем, что область с низким удельным сопротивлением и слой с проводимостью другого пипа образованы на одной из поверхностей основания.б Фиг.5 Ри 8. Составитель А. Босойво жилова Техред Т. Курилко Корректор Е, Мироно Редактор Л,пография, и р. Са пуно аказ 2398/8 Изд.1426 Тираж 755 ПодписноНИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССМосква, Ж, Раушская наб., д. 4,5