Полупроводниковый датчик давления

(и)549053 Союз Советских Социалистических Республик) Заявлено 29.10.75 (21) 2181801/18 опием заявкис отри Государственный комит(45) Дата опубликования описания 11,03.79ио делам изобретений и открытий. Е. Коробов, П. Мясоедов, Е. С. Юрова ои Революции ный институт и Гиредмет И. К. Бронштейн, Е, М. Кистова, О Н, И. Лукичева, В. Н. Маслов, В, Ю, В, Сокуренко, Е, В. Синицын и Государственный ордена Октябрьск научно-исследовательский и проект едкометаллической промышленност 1) Заявител) ПОЛУПРОВОДН трех температчр чувствительность зменяется, напри 10 - 4 бар впри при 50 С (почти т 36. 10 - 4 бар - 1 при 90 С (почти ие темпеиента чувксперименталь циента чувстви 1Изобретение относится к классу измери. тельных полупроводниковых приборов, используемых, в частности, при измерении гидростатического давления.Известно, что полупроводники с малой, шириной запрещенной зоны, например 1 пЯЬ, и полупроводники со сложной зонной структурой, например баЯЬ, йа, АзА 1, баАз 1,Р,. могут изменять свое сопротивление при гидростатическом давлении.Известный полупроводниковый датчик давления на основе баЯЬ имеет коэффициент чувствительности 10 -бар - , температурный коэффициент чувствительности - 0,5% град. Недостатком такого датчика является ограниченный диапазон давлений (до 10 кбар) и температур ( в 200 в С), низкая чувствительность к давлению и значительное изменение коэффициента чувствительности в зависимости от температуры,Также известен полупроводниковый датчик давления, содержащий полуизолирующую подложку и нанесенный на нее чувствительный элемент на основе твердого раствора, например баАз,Р где х (0,4 О, выполненный в виде параллелепипеда с двумя контактами 21,Согласно приведенным эным зависимостям коэффи 1 Й ДАТЧИК ДАВЛЕНИ тельности от состава для + 25 С; - 27 С и +90 С, к давлению в датчиках и мер, для баАзювьРо,зз от 3 - 27 С до 2,5 10-4 барна 20%), для баАзо,езР 0,4 о о при 25 С до 2 10-4 барна 100%).Недостатком таких датчиков на 1 О баАзР,. является недостаточная температурная стабильность коэффициента чувствительности к давлению.Цель изобретения - повышенратурной стабильности коэффиц15 ствительности к давлению.Цель достигается тем, что чувствительный элемент полупроводникового датчика давления на основе твердого раствора баАз ,Р представляет собой структуру, состоящую по крайней мере из двух типов периодически чередующихся в направлении, перпендикулярном плоскости подложки, слоев баАз 1,Р, при 0,20 х(0,40, легированных мелкой донорной примесью до 25 концентрации (2 - 7) 10 д см - з, причем всоседних слоях значения х отличаются на 0,02 - 0,08, а отношение толщин соседних слоев лежит в пределах от 1 до 10.На чертеже изображен общий вид уст- ЗО рой ства.)где Ров 10 65 Датчик давления представляет собой параллелепипед, состоящий из полуизолирующей подложки 1, выполненной, например, из арсенида галлия, легированного хромом, периодически чередующихся слоев 2 и 8 йаАз Р значения х в которых составляют, например 0,21, и 0,26, с нанесенными на верхний слой металлическими контактами 4 и б из сплава индия и олова. Выводными электродами б и 7 служит золотой проводник диаметром 50 - 70 мкм. Размеры полупроводникового элемента составляют 7 Х ХО,ЗХО,З ммз, а начальное сопротивление датчика около 1 кОм.Чувствительный элемент датчика изготавливался одним из известных способов. В качестве донорной примеси были использованы элементы И группы Периодической системы элементов, в частности селен и теллур. Чувствительность к давлению периодической структуры определяется величинами коэффициентов чувствительности каждого слоя 2 и 3 и соотношением их толщин и проводимостей согласно следующей формуле 5, + 5,А -+ 5,5 ЛР+ 5,5.,А - М9 1+А - + 5,ЬР+ 5 А -ЬР ) ) где 51 - чувствительность слоя состава х,5, - чувствительность слоя состава,х+Лх,А - отношение проводимостей слоев,Иц 1 - толщины слоев.Коэффициент чувствительности к давлению предлагаемого датчика составляет 1,3 10 -фбар - ", Вариации коэффициента чувствительности определяются формулой о . 100 5 ср(а 1) где 5,р - среднее значение коэффициента чувствительности в диапазоне температур - 78 +130 С;5, - значение коэффициента чувствительности для температуры Т;а - число различных температурточек опытов, например, равное 14. Результирующая вариация коэффициента чувствительности не превышает 8,5%.Полупроводниковый датчик давления помещается в камеру давления. Электрическая схема измерения работает в режиме генератора тока. При приложении гидростатического давления сопротивление датчика растет, соответствующий рост падения напряжения регистрируется цифровым вольт 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 метром. Чувствительность датчика к давлению определяется выражением,падение напряжения на датчикебез давления;приращение напряжения придавлении Р. Датчик давления из периодически чередующихся слоев 2 и д баАз,Рпредназначен для измерения давления в диапазоне 10 в 200 атм. При измерении давления в десятки атмосфер следует использовать периодическую структуру, в которой значение х лежит в пределах 0,34 - 0,38, для измерения больших давлений - структуру с х = 0,20 - 0,30, Чувствительность к давлению при этом составляет (4 - 1) 10-4 бар - , а вариации коэффициента чувствительности в диапазоне температур от - 70 С до +130 С не превышают 10%.Предлагаемый датчик давления имеет несомненные преимущества по сравнению с известным из ЙаЯЬ: расширен диапазон измеряемых температур до +130 С; повышена термостабильность коэффициента чувствительности и его абсолютная величина. По сравнению с датчиком давления из кристаллов баАз, Р, у которых изменение коэффициента чувствительности к давлению в диапазоне температур от - 27 до +90 С составляет 20 в 10, значительно улучшена температурная стабильность коэффициента чувствительности, вариации коэффициента чувствительности к давлению в диапазоне температур от - 70 до + 130 С не превышают 10%. ф ор мула изо бр етения 1. Полупроводниковый датчик давления, содержащий полуизолирующую подложку и нанесенный на нее чувствительный элемент на основе твердого раствора, например баАз 1 Ргде х( 0,40, выполненный в виде параллелепипеда с двумя контактами, отличающийся тем, что, с целью повышения температурной стабильности коэффициента чувствительности к давлению, чувствительный элемент представляет собой структуру, состоящую по крайней мере из двух типов периодически чередующихся в направлении, перпендикулярном плоскости подложки, слоев баАзР, при 0,20х0,40, легированных мелкой донорной примесью до концентрации (2 - 7) 10" см-, причем в соседних слоях значения х отличаются на 0,02 - 0,08. 2. Датчик давления по п. 1, отли ч аю щ и й с я тем, что отношение толщин соседних слоев лежит в пределах от 1 до 10.549053 Источники информации,внимание при экспертизе; принятые во Составитель А, Прохорова Техред Н. Строганова Редактор Е. Месропова Корректор С. Файн Заказ 1145/85 Изд.118 Тираж 922 Подписное НПО Государственного комитета СССР по делам изобретений н открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5