Способ настройки интегральных тензометрических мостов

(21) 4619796/28 (22) 14.12.88 (46) 15, 02. 91, (72) .В.А.Зицовь О.Н.Крмашева и (53) 531.781.2( (56) Авторское У 1368621, кл,ои температурноц тцгают укаэанную ения общего темп ев, А.И.ВорожЕ.В.Песков ов иента сопротивле меньшения состои оста в кислородно ССГР986.ЛБНВХ сви С О ельств 7/18,ждое плечо тух идентичцьодному изским слоем.мпературцог( ЕЦЗО х те Х З 1 осл измери- испольтричепо ин- техноествляют шуцтиро ских мос зготавли аемыхццой тецз резисторта и балаЦЗОРЕЗИСлелиным вацием незащищенносмежцОГО плечаючецием переменцо 2 ил. гральнои м роэлектр е металл зо о огии ца ос плецо брете ловил цра о т ОДКЛ а ейротивлец со ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТпо изоБРетениям и ОтнРцтияПРИ ГКНТ СССР А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ 54) СПОСОБ НАСТРОРКИ ИНТЕГЕНЗОМЕТРИ(1 ГСКИХ МОСТОВ57) Изобретение относнтслельной технике и может бытовацо при настройке тецзол зисторов. 11 ель изо шецие лочности в ус обретение Относится к изм тельнои технике и может быть использовано при настройке тецэометри еских мостов, изготавливаелых понтегральной микроэлектронной техноогии на снопе металлоплецочцых тен зореэисторов,Целью изобретения является попышение точности в условиях действия неравцомерцого температурного поля за счет уменьшения аддитивцой темпе ратурной погрешности.На фиг. 1 схематично представлен тензометрический мост; на фцг.2 схема включения тенэометрического моста при его настройке.Интегральный тенэометрический мост, сформированньй на мембране 1 атурцо- аддитивпогрешности. Доцель эа счет уменьратурцого коэффиия тецэомоста. Суть в окислении тецзой плазме, причем моста состоит из ствия неравномерного темперго поля за счет уменьшения цэорезисторов, а ащ 11 ецы 1 излектриедующие исключения Одц 01 О сигнала Осу ацнем заппценцогобходимого плеча тендержит замкнутую мостовую схему, каждое плечо которой состоит из пары тецзорезисторов 2 и 3, 4 и 5, 6 и 7, 8 и 9, восемь коцтактндх площадок 10-1, каждая из которьх соединяет концы тензорезисторов, В каждом плече мостовой схемы по одному тензореэистору покрыт 1 защитным диэлектрическим слоем 18, .- то тецзореэисторь 2, 4, 6 и 8. Другие тецзорезисторы 3, 5, 7 и 9 це заиець диэлектрическим слоем, Каждая пара тензорезисторов в плече моста, защи- ЩЕННЫЕ И НЕЗЗИЕЦЦЫЕ, ИДЕНТИЧНЫ ПО месту и направлению расположения ца мембране, а все восемь тецзорезисторов изготовлены иэ одного материала в одном технологическом цикле. Тец 1627826муле у И) = 0,1 вИ) - ц" м 55 Рассчитывают величину требуемоготермокомпенсаонного шунта поФормуле зоиетрический мост с помощью контактных площадок 10-17 подключен к источнику 19 питания и регистратору 20 напряжения. Кроме того, с помощью контактных площадок осуществляется5 подключение испытуемого шунта, а затем термокомпенсационного шунта к защищенному тецзорезистору, например, 5 и переменного сопротивления в смеж ное плечо тензомоста к незащищенному тензорезцстору, например тецзорезистору 3.Способ настройки интегрального тензометрического моста осуществляют следующим образом.После Формровлния тецзомоста, состоящего из тецзорезисторов 2-9, например, из нихрома, на мембрану 1 наносят защитный диэлектрический20 слой 18, например, из окиси кремния, с перекрытием по поверхности четырех тензорезисторов, включенных в каждое плечо тензомоста, например тензорезисторов 2, 4, б и 8. Затем окисляют 25 в кислородной плазме тензометрический мост, размещенный цл мембране 1, в результате чего величина ТКС цезлшищенных тецзорезисторов достигает отрицательных значений. Подключают к тензр мосту источник 19 питания, регистратор 20 напряжения и определяют начальный выходной сигнал (П), Изменяют температуру на мембране до заданной величины и определяют началь 35 ный выходной сигнал П (1), затем рассчитывают изменение начального выходного сигнала от влияния заданной тем-. пературы П(г.) = П(с) - По и по его знаку определяют необходимое пле чо, куда подключают испытуемый шунт 21 к защищенному диэлектрическим покрытием тензореэистору, например, 4 и одновременно балансируют тензомост по начальному выходному сигналу подключением в смежное плечо переменного сопротивления 22 параллельно незащищенному тензорезистору, например, 3. Определяют начальный выходной сигнал при нормальной и заданной температурах Боц,в, По, ,(г;) со 50 ответственно и находят изменение сигнала от влияния температуры по Ьоргде г- величина сопротивленияиспытуемого шунтл;гт ш - величина сопротивлениятермокомпенслццонногошуцтл.Включают в место испытуемого шунта термокомпенсационный шуцт с величиной, полученной расчетным путем по Формуле (1) . Баллсруит тензомост изменением величины переменного сопротивления.Сущность способа заключается в уменьшении общего ТКС тензомоста за счет изменения ТКС до величины отрицательных значений у каждого из пар тецзорезисторов, включеньх во все четыре плеча тензомоста с последующим достижением полной компенсации температурного ухода нлчальцого выходного сигнала путем шунтирования защищенного тензорезисторл в выявленном плече тензомоста и балансированием параллельным подключением к незащищенному тензорезистору переменного сопротивления.Иехлзм изменения ТКС у незащищенных тензорезпсторов до величины отрицательных зцлченцй и практически полного сохранения ТКС у за 1 щеных тецзорезисторов на прежнем уровне от окисления в кислородной плазме тензомоста заключается в следующем.При большой мощности окислительных процессов образование оксидных пленок происходит как ца поверхности тензорезисторл, так и внутри по границам зерен, из которых состоит тело тенэорезисторл. В результате в незащищенных тензорезисторах после окисления перенос зарядов всуеествляется наряду с обычным характерным для металлов переносом внутри зерен, еще ц через узкие окцсные (диэлектрические) зазоры между зернами, Механизмами, ответственньми за перенос заряда, являются термоэлектроцнля эмиссия и туннелировлние. Переход электронов облегчается при повышении температуры, так как сопротивление диэлектриков с увеличением температуры падает. Таким образом, положительная проводимость в зернах нейтрализуется отрицательной между зернами, что и обуславливает при больших мощностях окисления появле 5 16278 ние отрицательных ТКС в незащищенных тензорезисторах. Защищенные пленки диэлектрическим слоем практически це окисляются по поверхности, тем более,5 по границам зерен внутри тела пленки. Следовательно, величина ТКС в защищенных тензорезисторах при окислении тензомоста остается неизменна. Сопровождающееся при окислении изменение величин сопротивлений (наряду с изменением цх ТКС) самокомпецсируется мостовой схемой, так как во всех четырех плечах моста включены по одному незащищенному тензорезистору, а раз брос величин изменения сопротивлений компенсируется предусмотренным балансировочцым переменным сопротивлением.Формула для расчета величины термокомпенсационного шуцта (1) спрлвед лива прц условии линейной зависимости изменения сопротивлений тецзорезисторов моста от темперлтуры и независимости от темцературь сопротивления шунта и баллцсировочцого сопро тивления. При подключении испытуемого шунта и одновременной балансировки параллельным подключением в смежное плечо достигают определенного ухода сигнала от температурыссоц с, 130 пропорционального велцчиье испытуемого шунта (г ). В .резуиьтдте срлвц,шцения отношецил ухода цачлльцого вьхсдиого сигнала с подклкчеццым испытуемым шуцтом к уходу сигнала без испытуемого шунтл с величиной испытуемого шунта получают величину сопротивления, ца которое следует либо увеличить либс умеццш 1 ть величину испытуемого шуцта, чтобы получить ребуемуо 40 величину термокомпецс:лциоццого шуцтд. Из приведенных соображений вытекает выражение (1).В качестве примера рлссмлтривлется настройка тецзомостл, сссрмировлццого на мембране методом тонкопленочной . технологии, тецзорезисторы, например из материала Х 20 Н 75 ТКГ которых после формирования нахгдится и пределах (1-6) 101/ С. Наносят слой ди электрического покрытия, например, из моноокиси кремния, на поверхность тецзорезисторов 2, 4 6 и 8 с полным их перекрытием, Окисляют тецзометрический мост в кислородной плазме, например, в течение 1,5-2 ч с мощностью окисления 250-350 Вт, после чего ТКС незащищенных тензорезисторов снижа-б ется до пределов минус 510 - ми" 26 6нус 21101/оС, а ТКС защищенных тензорезисторов прлктичегкц це меняется, Замеряют величину ухода начального выходного сигнала в температурном диапазоне 200 С без испытуемого шунта и по знаку полученного значения подключают в необходимое плечо к защищенному тецзорезистору испытуемый шунт. Замеряют величину ухода начального выходного сигнала в том же температурном диапазоне с подключенным испытуемым шунтом. Рассчитывают величину требуемого термокомпецсациоцного шуцта и подключают его в место испытуемого шунта. Далее проверяют температурный уход начального выходного сигнала с подклочеццым термокомпецсационным шунтом Ь 11 о,(с ) . Рассчитывают величину относи ельцой погрешностис учетом того, что цормцровацный выходной сигнал тензомостл ранец 10 мВ.Прц необходимости проведения более точной настройки (более точного опргделецця величины термокомцецглциоцного шуцта) цеобходцмо повторить ндстройку вторцчцс, причем испытуемым шуцтом будет служ 1 ть получецц й термокомпецсдциоццый шуцт, В результат точность настройки повыллетгя, л температурцдя погрешность гццждгтг.л практически цл порядок по срлнцгьццо со значением, полученным црц первичной настройке.Формула и з о бр е те ни чСпособ настройки интегральных тецзометрических мос"ов, здключлющцйся в том, что измеряот начальный вьходной сигнал моста двух Глзлцчцых температур, по зцлкт ц.-;мецецця цлчлль - ного выходного сцгцллд моста определяют плечо моста в которое подключают шуцт и бдллнсируют тецзомост, о т л и ч а ю ш и й с я тем, что, с цельо повыпгция точности в условиях действия церлццомерцого температурного поля зд счет уменьшения аддитивцой температурной погрешности, перед измерением цдчлльного выходного сцгцдлл наносят цл поверхность четырех тецзорезисторов, включенных в каждое плечо тензомоста, защитный слой, окисляют в кислородной плазме тецзометрический мост до достижения отрицательных -,цачений температурного коэЫццигцтд1627826. пением начального выходного сигналамоста с включенным шунтом и переменным балансировочным сопротивлением, рассчитывают требуемую величинутермокомпенсадиоцного шунта и включают его вместо ранее установленного шунта и вновь балансируют мост переменным балансировочным сопротивлеСоставитель Е.Гелин Техред М.Дидыкорректор М.а едактор 10,Серед одписное оизводственно-издательский комбинат "Пат сопротивления в незащищенных тензорезисторах, шунт подключают к защищенному тензорезистору, мост балансируют подключением переменного балацсировочцого сопротивления в смежное плечо моста параллельно незащищенному тецзорезистору, после балансировки моста вновь измеряют измеказ 330 Тира ВНИИПИ Государственного комитета по иэоб 113035, Москва, Ж, Раниям и открытиям при ГКНТ СССая наб., д, 4/5 город, ул. Гагарина, 101