Способ изготовления полупроводникового тензопреобразователя с раздельными цепями питания и измерения

х149389 БЛИ 1 Ь 9/О ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕПО ИЗОВРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИПРИ ГННТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН АВТОРСКОМУ СВИЩЕТ СТ ое проектноогическое бю.Бондар а полупроводЭТИ, 1976,ич(54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕ НИКОВОГО ТЕНЗОПРЕОБРА ДЕЛЬНЫМИ ЦЕПЯМИ ПИТАЯ (57) Изобретение отно метрии и моает быть и измерения механически давления и вибраций. ния является улучшени теристик тензопреобра ребенкы.токовыесоединяя оредн ром наьшее знаени(71) Специальное опыконструкторское техро СО ВАСХНИЛ(56) Физика и техников. Новосибирск,с.47-52. НИЯ ПОЛУПРОВОДЗОВАТЕЛЯ С РАЗИЯ И ИЗМЕРЕНИЯсится к теизоспольэовано длях деформаций,Целью изобретее рабочих харакзователя за счет уменьшения начального выходногосигнала при отсутствии механическойнагрузки. На диэлектрической подложке 1 с помощью фотолитографии форми"руют тензопреобразователь 2 иэ полупроводникового материала с металли",ческими токовыми 3,4 и выходными 5,6контактами. Два токовых контактасформированы вдоль продольной оситензопреобразователя, а два выходныхконтакта расположены на линии,перпендикулярной продольной оси, один из выходных контактов такт 5) выполняют в виде ге Затем пропускают ток через контакты 3,4 и, разрывая и единичные элементы гребенки дят оптимальное положение с элемента гребенки, при кото чальный сигнал имеет наименИзобретение относится к теиэометрии и может быть использовано дляизмерения механических деформаций,давления, ускорения и вибраций в измерительной технике,Целью изобретения является улучшение рабочих характеристик тенэопреобраэователя эа счет уменьшения начального выходного сигнала при отсутствии механической нагрузки.На фиг.1 изображен полупроводниковый тензопреобразователь, видсверху, разрез; на фиг,2 и 3 - ориентационные зависимости сигнала на 15выходных контактах, расположенныхперпендикулярно линиям протекания тока в плоскости (100) и (1 О); нафиг,4 - электрическая блок-схемавключения полупроводникового тензопреобразователя; на фиг.5 - изменение взаимного расположения токовыхи выходных контактов,Полупроводниковый тензопреобразо ватель (фиг.1) изготавливают следующим образом. На диэлектрической подложке 1, например сапфировой, с помощью фотолитографии формируют тензопреобразователь 2 из полупроводнико вого материала с металлическими токовыми 3,4 и выходными 5,6 контактами. В качестве исходной заготовки может быть использована структура "кремнийна сапфире" (КНС).35Продольная ось тензопреобраэователя, проходящая через середины токовых контактов 3,4, ориентирована к главным кристаллографическим осям под определенным углом, например кристалло графическому направлению 1011 в плоскости (100) под углом 22,5 , При другой с риентации продольной оси тенэопреббразователя выходной сигнал при приложении механической нагрузки 45 будет значительно меньше или вообще отсутствует (фиг,2,3), Токовые контакты 3,4 расположены перпендикулярно выходным контактам 5,6 (фиг,1). Они представляют собой металлические площадки, напримериз алюминия или другого металла, создающего хороший омический контакт к данному полупроводниковому материалу. Кроме того, он должен обладать хорошей адгеэией для присоединения к нему металлических проводников, например, с помощью пайки оловосодержащим припоем. Один иэ контактов, например выходной контакт 5, выполнен в виде гребенки с числом элементов от 3 До 5 10Нижняя граница 3 обусловлена тем, что необходимо менять расположение контакта по боковой грани полупроводниковой пластины, и число элементов, равное двум, осуществляет грубое перемещение, что практически не дает положительного эффекта.Верхняя граница 5 10 обусловленаЭвоэможностями технологического оборудования.Изготовление единичных элементов гребенки с геометрическими размерами, меньшими 1-2 мкм, связано с большими трудностями, т.е, необходимо очень сложное и дорогостоящее оборудование для создания фотошаблонов и металлической разводки.Толщина диэлектрической подложки 1, например сапфировой, определяется толщиной исходной КНС пластины, изготавливаемой промышленностью, и составляет от 0,2 до 0,4 мм.Затем к токовым контактам 3,4 подключают источник 7 постоянного тока (фиг.4). Выходной сигнал, пропорциональный величине прикладываемой механической нагрузки, должен измеряться вольтметром 8 на выходных контактах 5,6.При пропускании тока через контакты 3,4 при нулевой механической на - груэке на выходных контактах 5,6 возникает начальный сигнал. Этот сигнал обусловлен либо не перпендикулярным расположением токовых и выходных контактов, либо неоднородностью полупроводникового материала, Это вызывает искривление линий тока, протекающих между токовыми контактами и, следовательно, приводит к нарушению перпендикулярности их к выходным контактам, В том и другом случае необходимо изменять взаимное расположение контактов, Дця. этого изменяют количество единичных элементов гребенки, участвующих в работе тензопреобразователя, для чего разрывают, например, с помощью острого механического приспособления у основания единичные элементы (как показано на фиг.5). Как видно из фиг.5, изменяется положение середины выходного 5 контакта, выполненного в форме гребенки, а следовательно, угол между линиями, соединяющими середины токовых и выходных контактов. Этот угол влияет на величину начального сигнала: чем14он ближе к 90 , тем меньше начальныйосигнал. Таким образом, разрывая и соединяя единичные элементы меандра,например, с помощью пайки, находятоптимальное положенце середины выходного контакта, при котором начальный сигнал по вольтметру 8 имеетнаименьшее значение,В качестве конкретного примерареализации был изготовлен тензопреобразователь в виде прямоугольника сгеометрическими размерами 0,3 х 4 х 5 мм .Чувствительный элемент изготавливался методом планарной технологии изр-типа кремния с удельным сопротивлением 0,002 Ом см, Продольная ось тгизопреобразователя, вдоль которойсформированы токовые контакты, служащие для пропускания тока питания,ориентирована под углом 22,5 откристэллографического напрэвлени,.110 в плоскости (100), а выходныеконтакты лежат на линии, перпендикулярной продольной оси тензопреобразователя. У тензопреобраэователя были выполнены в виде гребенки, содержащей 3 элемента, один токовый контакт и один выходнсй. При рабочем токе 5 мА выходной сигнап составлял130 шЛ, начальный сигнал в зависимости от ьзаимного расположения контактов изменялся в пределах от 5 эЧдо 0,03 тЧ.Зкспериментальные исследованияпоказали, что у изготовленного таким способом полупроводникового тензопреобраэователя примерно в 30100 раэ уменьшается начальный игнал. Это ведет к улучшению рабочиххарактеристик.:уменьшается возмож 93890ность появления ложного сигнала и отсутствии механической нагрузки; отпадает необходимость постоянно делать поправку на цэ:.э; ьный сигнал упрсщается обработк, .цфрмэпиш . Зэ счет возможности пэчительцо уменьшать практически :,:.:бой начэлпый сигнал повышается гыхпд годных иэде лий иэ партии.Ф о р м у л а и э о б р е т е ц и яСпособ изготовления полупроводни кового тензопреэбразоателя с раэдельными цепями питания и измеренияпутем фопмирования на дизлектричес"кой подложке тензопреобрэзоаателя иэполупроводникового материал с ме таллическими токовыми и выходымцконтактами с помошью фотолитографии)причем двэ токовых контакта сформированы вдоль продольной оси тецэопреобразователя, а два выходных коцтак та расположены на линии, перпендикулярной продольной оси о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью улучшения рабочих характеристик тецзопреобразователя эа счет уменьшения начального выходного сигнала при отсутствии механической нагрузки, приформировании тензопреобраэователяхотя бы один из контактов - токовыйили выходной - выполняют в виде гре/бенки, затем пропускают ток черезтоковые контакты и, разрывая и соединяя единичные элементы гребенки,находят оптимальное положение среднего элемента гребенки, при которомначальный сигнал имеет наименьшеезначение.1493890 Фиг 1 ф тель Н.МатрохинаМ,Дидык Корр Сос орА, Коэо едактор М,Бандур ех одписное КНТ СС венно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101 изв Заказ 4094/39 Тираж 789 ВНИИПИ Государственного комитета по изобре 113035, Москва, Ж, Рауш