Полупроводниковый тензопреобразователь

;,"111 ю з и фФ 1 д ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ий дырокние раэбрпогрешносзования еширины г а еевого тензоНовым в тен ся испольэо- величиной толщине Ь,и от коне е емои в зависи дырок по фо(1 Р )Ро ентр м0 975р У при 0,975 рф дырок, обес- Яемпературныйости тенэоим (Ь/Ьу 40) Р - концентпечивающая равныйкоэффициент чувстпреобразователейтенэорезисторами. а улю тел шир ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ,СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИИ(71) Государственный научно-исследовательский институт теплоэнергетического приборостроения(56) Авторское свидетельство СССРУ 934257, кл. О 01 Ь 9/04, 1982.(57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для преобразования механичес"ких величин в электрический сигнал.Цель дополнительного к авт,свид.СССР 11 934257 изобретения - повышение точности измерений в широком диа"пазоне температур. Для этого необходимо уменьшить разброс значений температурной погрешности чувствительности, обусловленный технологическим разбросом концентрац тенэорезисторах. Уменьше значений температурной достигается путем исполь зависимости от отношения роэпитаксиального кремни резистора к его толщине зопреобраэователе являет ванне тензорезисторов с отношения их ширины о кИзобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для преобразования механических величин в электрический сигнал н является усовершенствованием иэве" стного тензопреобразователя " по авт,св. Р 934257.Цель изобретения - повышение точности измерений в широком диапазоне температур за счет уменьшения разброса значений температурной погрешности чувствительности, обусловленно" ,го технологическим разбросом кон, центраций дырок в тенэореэисторах,Сущность дополнительного изобретения состоит в том, что уменьшение разброса значений указанной величины достигается путем использования ее зависимости от отношения ширины тен зорезистора Ь к его толщине Ь.На фиг.1 показан тенэорезистор, поперечное сечение; на фиг.2 " зависимости температурного коэффициента сопротивления (ТКС) и температурно го коэффициента тенэочувствительносЬти (ТКТ) от величины -- для тенэо" резисторов, изготовленных из кремнияконцентрацией дырок р = ,0 х 30 х 10 см; на фиг. 3 - полученные экспериментально значения величин Ьй и р/р , при которых чувствительность тенэопреобразователя с мостовой тензосхемой, запитанной от генератора тока, не зависит от температуры; на фиг. 4 - тензопреобразователь; на фиг. 5 " температурные зависимости чувствительности преобразователей. 40Современная технология легирования эпитаксиальных пленок кремния на сапфировых подложках позволяет получать заданное значение концентрации дырок с погрешностью в пределах 45 157, что дает разброс значений температурной погрешности чуствитель" ности тенэопреобраэователей вокруг нулевого значения в пределах+0,057. / С, Однако механические и термические деформации подложки в направлении, перпендикулярном оси тенэорезистора (фиг.1), передаются в его объем не полностью. Чем меньше величина Ь/Ь, тем меньше при задан. ной деформации подложки среднее значение поперечной деформации тензорезистора, поэтому такие электрофиэические характеристики гетероэпитаксиальных тенэореэисторов, как ТКС и ТКТ, зависит от величины Ь/Ь, Это позволяет, воздействием на величину Ь/Ь, уменьшить разброс значений температурной погрешности чувствительности тензопреобразователей при их серийном производстве (фиг. 2 и 3). Связь величин Ь/и и р/р (фиг.З) описывается эмпирической формулой Ь/11 =(1 - р/р) , где р - концентрация дырок, обеспечивающая равный нулю температурный коэффициент чувствительности тенэопреобразователей с 1 пирокими (Ь/и40) тензореэисторами и зависящая от материала упругого элемента. Как видно иэ фиг.З, для любой концентрации дырок из интервала (0,7 - 1,0)р, можно указать такое значение. величины Ь/и из интервала (3 - 40), при котором чувствительность тензопреобразователя не зависит от температуры.Предлагаемый полупроводниковый. тензопреобразователь (фиг.4) содержит упругий элемент 1, выполненный в виде закрепленной по контуру круглой сапфировой мембраны, на поверхности которой расположены гетероэпитаксиальные кремниевые тезореэисторы 2 р-типа проводимости, соединенные в мостовую схему, Контактные площадки 3 служат для присоединения микропро" водников к тензосхеме.Плоскость сапфировой мембрань 1 имеет кристаллографическую ориентацию (1012), тенэорезисторы расположены в плоскости (001) кремния и ориентированы вдоль кристаллографических направлений (110 ) кремния. Чуствительность такого тенэопреобраэователя при р = 7,110 сми Ь/Ь 3 40 практически не зависит от температу" . ры в интервале от -50 до 250 С (фиг,5,кривая а). С учетом техноло" гического разброса слои кремния на различных сапфировых подложках имеют концентрацию дырок от 5 1 Ф до 7,1 х х 10.смТензорезисторы изготавливают из слоя кремния толщиной 2 - 3 мкм известными методами фотолитографии.Для обеспечения необходимого значения величины Ь/1", перед проведением фотолитографии определяются конкретные эна" чения толщины кремния Ь и концентражи дырок р. В зависимости от полученных значений Ь и р выбирают фото- шаблон, обеспечивающий при проведении141фотолитографии необходимую величину Ь/Ь, На фиг. 5 показайы температурные зависимости чувствительности преобразователей, тензорезисторы которых изготовлены из кремния с одной концентрацией дырок р = 0,8 р = 5,7 х х 10 см 3, но имеют значения5 (кривая б) и ЬЬ = 40 (кри- Ь.Ьвая с).Таким образом, путем выбора необходимой величины Ь/Ь можно в несколько раз уменьшить температурную погрешность чувствительности тенэопреобразователей.формула изобретенияПолупроводниковый тензопреобразователь по авт.св. Р 934257, о т л и" ч а ю щ и й с я тем, что, с целью по5086 вышения точности измерений в широком диапазоне температур за счет уменьше" ния разброса значений температурной 5 погрешности чувствительности, обусловленного технологическим разбросом концентраций дырок в тензорезисторах, последние имеют величину отношения ширины Ь к толщине Ь, определяемую 10 в зависимости от концентрации дырок из выражения (3 - - ) при 0,7 ( (0,975Ро Рр 1540 при 0 975- 1у % уо где р - критическая концентрация о дырок, обеспечивающая равйый нулю температурный коэффициент чувствитель- Ю ности тенэопреобразовате" лей с широкими (Ь/Ь40) тензорезисторами.1415086 оставитель И,Сумцовехред МХоданич Редактор Н, Рогулич рректор М.Демчик аказ 3863 одписное ул. Проектна зводственно-полиграфическое предприятие, г, Ужго ВНИИПИ Госуда по делам и3035, Москва,аж 847твенного комитета Сбретений и открытий35, Раушская наб.,