Полупроводниковый датчик давления

498522 ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕН ИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Сооа Советскии Сециаиистическа Ресиублии(61) Зависимое от 22) Заявлено 19.1 ва -авт. сви ,72 (21 85 Я 5 2 г;01 с присоединением 32) Приоритет - (43) Опубликова (45) Лата опубли Государственный кеми Совета Министров ССнь 1 О 1,6. Втол евам изобретении исания 1 б.Об.7 ани и открытий(71) Заявите йбышевский политехнический институт им, В, В. КуйбышеваИзобретение относится к области приборостроения, в частности к устройствам для измервия низких статических давлений газа.Известные устройства имеют следующие недостатки: высокий уровень собственных шумов из-за образования генерационных центров основных носителей заряда в результате механических напряжений в канале; низкую чувствительность к малым давлениям; наличие гистерезиса при повышении и понижении измеряемого давления; малую механическую прочность из-за опасности разрушения пласстин полупроводника в области канала при случайных увеличениях внешнего давления.Цель изобретения заключается в разработке датчика, чувствительного к малым давлениям, имеющего низкий уровень собственных шумов не показывающего явления гистерезиса и обладающего высокой механической прочностью.Поставленная цель достигается в результате выполнвния воспринимающего элемента в виде металлической мембраны, расположенной с определецным зазором над слаболегировацной пластиной кремния р-типа проводимости, в которой методом диффузии созданы две сильнолегированные зоны п-типа (сток и исток), а между мембраной и одной из этих зон (истоком) приложено постоянное напряжение смешения. Ый ДАТЧИК ДАВЛЕНИЯ На рисунке показано устроиство полупроводникового датчика давления.Датчик содержит гибкую металлическую мембрану 1, прикрепленную через изоляц;юцную прокладку 2 к металлическому корпусу 3. Под хебрацо 1 ца расстоянии це более 2 О - 25 л, расположена тонкая слаболегцрованная пластина 4 кремния р-типа, которая установлена на изоляционном основании 5. Пластина кремния 4 имеет две сильнолегцрованные зоны б и 7 п-типа (нсток, сток), нанесенные методом диффузии, имеющие металлический контакт с соответствующими электродами, Между этими зонами образуется канал, длина которого не превышает 5 мк.я. Между мембраной 1 ц выводом истока б приложено постоянное напряжение смещения Е,. Напряжение питания 0, приложено между истоком б и стоком 7 через сопротивление нагрузки 8. Выходной сигнал с датчика сшмается с электрода стока 7.Устройство работает следуютцим образом.Под действием напряжения смещения Е, между мембраной и пластиной кремния создается сильное электрическое поле, напряженность которого равна(4) 30 где д - воздушный зазор между мембраной 1 и пластиной 4.Электрическое поле, в свою очередь, вызывает образование обедненного слоя на поверхности пластины кремния 4. Поверхностная плотность заряда в канале равна; где аз в диэлектрическ проницаемость среды в зазоре. Для простоты считаем, что инверсионный слой в канале при Е, = О отсутствует. 15Проводимость 6 бесконечно малого сечения канала шириной и и длиной Лу равна: где и - подвижность основных носителей заряда в канале.Сила тока в бесконечно малом канале, падение напряжения на котором ЛК равна: 25 или, с учетом выражения (2), имеем; г, =Оси . (5)35 Умножая обе части равенства на Лу и интегрируя по длине канала 1 получаем: где УУи - напряжения на стоке и истоке,соответственно. Теперь с учетом Уи = О, сила тока стокаравна где Ув - падение напряжения на сопротивлении 8. При воздействии измеряемого давления Р мембрана 1 прогибается, меняется величина зазора между мембраной 1 и пластиной кремния 4, что вызывает измерение напряженности поля Е в канале и изменение толщины обедненного слоя в канале и изменение толщины обедненного слоя в кремнии. И как следует из выражения 8, изменение зазора между мембраной 1 и пластиной кремния 4 вызывает пропорциональное изменвние силы тока, протекающего через канал между истоком и стоком. Формула изобретения Полупроводниковый датчик давления, содержащий воспринимающий элемент и пластину полупроводника, отличпющийся тем, что, с целью увеличения чувствительности, механической прочности, уменьшения собственных шумов и устранения явления гистерезиса, воспринимающий элемент выполнен в виде металлической мембраны, расположенной с опреде. ленным зазором над слаболегированной пластиной кремния р-типа, имеющей две сильно- легированные диффузионные зоны г-типа, а между мембраной и одной из этих зон приложено постоянное электрическое напря жение смещения.Заказ 491/733 Изд. Юз 202 Тираж 1029 Подписное ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобветений и открытий Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 Тип. Харьк. фил. пред. Патент