Интегральный тензопреобразователь

СООЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛ ИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИК 4 6 01 В 7(16 ЫЙ КОМИТЕТ СССР ЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ ОСУДАРСТБЕННПО ДЕЛМ ИЗ ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ Н АВТОРСКОМ,м СЗИДЕТЕЛЬСТ(56) Макаров Б.А, и др,Интегральные тензочувствительные схемы на МДП- транзисторах. - В сб,: Тензометрия. Кишинев, 1976, с. 47.Авторское свидетельство СССРР 7835 Зф кл. й 01 Б 7/1 бф 1979(54) ИНТЕГРАЛЬНЫЙ ТЕ 1 ЗОПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ(57) Изобретение относится к области измерения механических величин электрическими методами. Целью изобретения является повышение точности измерения за счет увеличения чувствительности и расширения диапазона измерений. Интегральный тензопреобразователь содержит упругий элемент, выполненный из кремния, на котором методами планарной технологии сформированы тензочувствительные МДП-транзисторы 13-16, объе,803 яяя А 1 динелные в мостовую схему преобразования а также МДП-транзистор 17с дополнительнымп электродами 11 и12, которые служат для снятия выходного сигнала, МДП-транзистор. 17 истоком 8 и стоком 9 соединен с диагональю питания тенэочувствительного моста, затвором 10 - с цепью.смецепия, а дополнительными электродами 11 и 12 соединен с затворамиМДП-транзисторов 13-16. МЛП-транзистор 17 является вторым тензочувствительным элементом, расположенным взоне деформации,и его канал ориентирован таким образом, чтобы поддействием деформации выходной сигнал с дополнительных электродов 11и 12 был максимален. В связи с тем,что дополнительные электроды 11 и12 соединены с затворами МДП-транзисторов 13-16, образующих противофазные половины моста, происходитувеличение изменения напряжения навыходе интегрального тензопреобра -зователя, вызванного тензочувствительностью последних, 4 ил.Изобретение относится к изменению механических величин электрическими методами и может быть использовано для измерения дейормации,Целью изобретения является повышение точности измерения за счет увеличения чувствительности и расширения диапазона измерений.На фиг. 1 представлен интегральный тензопреобразователь, общийвид; на Лиг. 2 - топология МДП-транзистора с дополнительными электродами; на Лиг, 3 - принципиальная электрическая схема интегрального преобразователя, на Аиг. 4 - зависимостьвыходного сигнала интегрального тензопреобразователя от величины приложенного механического напряжения.Интегральный тензопреобразовательсодержит упругий элемент 1, выполненный из кремния, .область 2, гдерасположен тензочувствительный иостиз четырех МДП-транзисторов, и область 3, где расположен пятый МДПтранзистор с двумя дополнительнымиэлектродами, выполняющий Функции второго тензочувствительного элемента.На упругом элементе 1 указана его.линия 4 закрепления, Пятый МДП.транзистор содержит сильнолегированныеобласти истока 5 и стока 6, проводящий канал 7, электроды 8-10 отистока, стока и затвора соответственно, а также допрлнительные сильнолегированные области с дополнительными электродами 11 и 12. Дополнительные электроды 11 и 12 примыкают к боковым границам проводящегоканала 7 МДП-транзистора, расположены между истоком 5 и стоком б строго друг против друга и служат дляснятия выходного сигнала,Принципиальная электрическая схема интегрального тензопреобраэователя содержит тензочувствительныймост из МДП-транзисторов 13-16 иМДП-транзистор 17 с дополнительными электродами 11 и 12, причем МДП"транзистор 17 электродами 8 и 9 соединен с диагональю питания тензочувствительного моста, электродом1 О - с целью смещения, а дополнительными электродами 11 и 12 - сзатворами МДП-транзисторов 13-16.МДП-транзисторы 13-17 на упругомэлементе 1 выполняются методамипланарной технологии в едином тех 5 О 15 20 25 ЗО 35 40 50 55 нологическом цикле 1 используется дляих изготовления стандартная КМОПтехнология) и располагаются на немв зоне деформации, а именно в областях 2 и 3.Тензочувствительная схема из МДПтранзисторов 13-17 изготавливаетсяна плоскости кремния с ориентацией(100) . Каналы 1 ЩП-транзисторов 1316 ориентированы вдоль взаимно перпендикулярных направлений типа 110.Такой выбор ориентации каналов делается с целью получения максимальной чувствительности. Размеры каналов определяются заданным выход-ным сопротивлением схемы, Остальныеразмеры соответствуют стандартнымтребованиям к топологии 1 ЩП-транзисторньгх интегральных схем, Плоскость1100) удобна тем, что на ней реализуются МДП-транзисторы 13-17 с минимальными пороговыми напряжениями,МДП-транзисгор 17 расположен в зонедеформации и его проводящий канал 7ориентирован таким образом, чтобыпод действием деформации выходнойсигнал с дополнительных электродов11 и 12 был максимален,Выходной сигнал с электродов 11и 12 того же порядка, что и у тензо.преобразователей с мостовой схемойпреобразования, а начальный уровеньсигнала очень мал и определяетсяточностью операций фотолитографии илегирования при изготовлении МДПтранзистора 17,Устройство работает следующимобразом,Под действием деАормации токи1 ЩП-транзисторов 13 и 16 уменьшаются, а токи МДП-транзисторов 14 и 15увеличиваются, поэтому потенциалв средней точке полумоста, образованного МД 1"транзисторами 13 и 15,уменьшается, а потенциал в среднейточке полумоста, образованного МДПтранзисторами 14 и 16, увеличивается, т.е, потенциалы в средних точках изменяются противогазно, обеспечивая тем самым большой выходнойсигнал. Все транзисторы 13-16 мостанаходятся в пологой области ВАХ, чтообеспечивает высокую их чувствительность к деформации (4 иг. 4). Выходной сигнал тензопреобраэователя сильно зависит от напряжения на затворах МДП-транзисторов 13-16, образующих тензочувствительный мост, такз 1265как он увеличивается с ростом напря-жения на затворах и уменьшается сего уменьшением,В исходном состоянии (при отсутствии деформации) разность потенциалов между дополнительными электродами 11 и 12 равна нулю, а между ними и общим выводом - половине напряжения питания.Под действием деформации между , Одополнительными электродами 11 и 12,т.ена боковых границах проводящего канала 7 МДЛ-транзистора 17, возникает разность потенциалов, пропорциональная приложенной деформации. 15В связи с тем, что дополнительныеэлектроды 11 и 12 соединены с затворами МДР-транзисторов 13-16, образующих противофазные половины моста,происходит увеличение изменения напряжения на выходе интегрального тензопреобразователя. Использование предлагаемого интегрального тензопреобразователя.по сравнению с известным обеспечивает возможность создания интегральных тензопреобразователей с выходным сигналом 4-6 В при деФормации 2 10466 4и чувствительностью, достигающей 2000 ед увеличение чувствительности интегральных тензопреобразователей в 4-6 раэ, расширение диапазона измерения с помощью интегрального тензопреобразователя эа счет увеличения чувствительности, увеличение выхода годных интегральных тенэопреобразователей.формула изобретенияИнтегралЬный тенэогреобразователь, содержащий упругий элемент с расйоложенным на нем тензочувствительным мостом из четырех МДГ-транзисторов, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повьппения точности измерения, на упругом элементе расположен пятый МДП-транзистор с двумя дополнительными электродами, исток и сток которого соединены с диагональю питания тензочувотви" тельного моста, затвор соединен с цепью смещения, а два дополнитель" ных электрода соединены с затворами МДП-транзисторов, образующих противогазные половины теизочувствительного моста.1265466 ф 10 гП Л 0 рг 1 ножузиа)Риг. ФСоставитель Писаревский Редактор И.01 улла Техред Л,Сердюкова Корректор А,Тяско Заказ 5647/31 Тираж 670 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб д. 4/5 Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул, Проектная,4