Полупроводниковый тензопреобразователь

Союз СоветскниСоцнапнстнческннРеспублик ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕН ИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ пц 934258(51)М. Кл. С 01 Ь 9/06 С 01 Ь 1/18 Гоеударсикнный комитет СССР ао делам нэебретений и открытий.М.Стучебник с цц, ийтйФут.;:. "Н ИЙтеплой 1 зйбе 1 Ф витель осударственный научно-иссл еплоэнергетического прибор ват рое(54) ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ ТЕНЗОПРЕОБРАЗОВАТЕЛ и Недостаток этого вателя заключается температурной эависи сигнала, что требует преобразователя высо сложной электронной турной компенсации с ной настройкой, а не енэопреобраз значительной ости вых для полу ой точнохемы тем одногочениястипераальхаракиндивид инейный явл дит Изобретение относится к приборостроению, а именно к полупроводниковым тензопреобразователям теплотехнических и механических величин, и может быть использовано для изме" рения усилия, давления и т,д,Известен полупроводниковый преобразователь, содержащий чувствительный элемент, выполненный в виде монокристаллической сапфировой под" ложки с расположенными на ней эпита симальными тензорезисторами из моно кристаллической пленки кремния р-т па с концентрацией дырок Р = (1,4- 3,2)10" смС 13. тер зависимости ограничивает диапазон рабочих температур.Наиболее близким к изобретению,по технической сущности и достигаемому эффекту является тензопреобраф зователь, содержащий чувствительныйэлемент, выполненный в виде монокристаллической сапфировой подложкис расположенными на ней двумя тенэочувствительными схемами, в одной таиз которых эпитаксиальные тензорезисторы изготовлены из кремния,легированного бором с концентрациейдырок 3,5 -1 О"9- 9 -1 О "9 см- а в другой - с концентрацией дырок 1,810 фф310 см , причем первая схема подключена к источнику постоянного тока, а вторая - постоянного напряжения и обе схемы - к электронномупреобразователю сигнала 2 . достатком известного устройств тся то, что измерение произвокаждой схемой в определенном931258 5 о 15 35 диапазоне температур, что приводит к снижению точности.Цель изобретения - повышение точности тензопреобразователя.Поставленная цель достигается тем, что в тензопреобразователь введены переключающее устройство и эпитаксиальный терморезистор, выполненный из кремния, легированного бором концентрацией дырок 3,5109 310 см, расположенный в недеформируемой зоне сапфировой подложки и включенный в цепь управления переключающего устройства, входы которого соединены с выходами тензосчувствительных схем, а выход соединен с входом электронного преобразователя сигнала.На фиг. 1 показан чувствительный элемент полупроводникового тензопреобразователя давления, разрез и вид сверху, на фиг. 2 - электрическая блок-схема полупроводникового тензопреобразователя на фиг, 3 - график зависимости относительного изменения сопротивления терморезистора от температуры; на фиг. ч - график температурной зависимости выходных сигналов тензосхем и управляемого переключающего устройства. Чувствительный элемент полупроводникового тензопреобразователя давления (Фиг.1) представляет собой металлическую мембрану 1, выполненную заодно с корпусом 2, который содержит полость для подачи давления Р, с прикрепленной к ней известным способом (например, пайкой) сапфировой , подложкой 3, вырезанной по кристаллографической плоскости (1012). На подложке 3 сформированы эпитаксиальные тензорезисторы М, изготовленные из пленки кремния, легированного бором с концентрацией дырок 4,5.10 см6 -ь расположенные у внешнего. края мембраны 1 попарно вдоль и поперек радиуса мембраны в кристаллографических направлениях (110) и (110) кремния и соединенные в мостовую схему 1 с контактными площадками 5, Кроме того, на подложке 3 сформированы методом избирательной диффузии бора эпитаксиальные тензорезисторы 6, изготовленные из пленки кремния, легированного бором с концентрацией дырок 2 10 сма также расположенные у внешнего края мембраны 1 попарно вдоль и поперек радиуса мембраны в фкристаллографических направлениях (110) и (1 10) и соединенные в мостовую схему 11 с контактными площадками 7, На подложке 3 сформирован также эпитаксиальный терморезистор 8 с контактными площадками 9, изготовленный из пленки кремния, легированного блом с концентрацией дырок 1,510" см , и расположенный на недеформируемой части подложки 3 над боковой стенкой корпуса 2.Мостовая тензосхема 11 (фиг.2) запирается от источника 10 постоянного напряжения постоянным напряжением Ц , мостовая тензосхема 1 - от источника 11 постоянного тока постоянным током 10, причем величина Ц О и 1 О подбираются так, что при температуре й о - в -50 С выходные сигналы обеихотензосхем при определенном давлении Р одинаковы: Ц (Р) = ад(Р), Выходы тензосхем 1 и 11 соединены с входами управляемого переключающего устрой,ства 12 релейного типа, например триггера, выход которого соединен с входом электронного преобразователя 13 сигнала, В цепь управления переключающего устройства 12 включен терморезистор 8, величина которого КЩ подобрана так, что при й = -50 С Цйо) - о где Ко - сопротивление, при котором происходит переключение устройства 12 из одного стабильного положения в другое,.Полупроводниковый тензопреобразователь давления работает следующим образом. При подаче давления Р (фиг.1)сапфировая подложка 3 изгибается 40вместе с мембраной 1, деформируякремниевые тензорезисторы М и 6,так что на выходах тензосхем 1 и 11появляются выходные сигналы У(Р)и Ц",(Р). Поскольку в области йизких 45 температур, например от -200 до-50 С, сопротивление терморезисторай(С) остается меньше величины Ко(фиг.3), то переключающее устройство 12 находится в одном стабильном 5 В состоянии, при котором к входуэлектронного преобразователя 13сигнала подключен выходной сигнал 0;,(Р) тензосхемы 11, выходной сигналкоторой не зависит от температурыв этом интервале температур (кривая 11 на фиг,1). При равенстветемпературы измеряемой среды 1ра становится равным 11 О (фиг,3) и переключающее устройство 12 переходит скачком в другое стабильное по-. ложение, при котором к входу электронного преобразователя 13 сигнала подключается выход 13 (Р) тенэосхе 1мы 1, который при дальнейшем повышении температуры, например, от -50 до +200 оС также не зависит от температуры (кривая 15 на фиг.4) . Поскольку в этом интервале температур сопротивление термореэистора остается больше йо (фиг.3), то переключающее устройство 12 остается в одном положении. При понижении температуры переключающее устройство 12 переходит в другое стабильное состояние при Й(1) = Йо, т.е. при= -50 оС.Таким образом, выходной сигнал переключающего устройства 123(Р) при -50 оС1 4 +200 оС ЯР) ц (Р) при -200 осс -50 ос не зависит от температуры во всем рабочем интервале температур (кривая 6 на фиг.4).Использование предлагаемого устройства повышает точность преобразования эа счет исключения температурной погрешности выходного сигнала тензопреобразователя. Кроме того1 возможно использованИе прибора в автоматических системах регулирования. 934258таллическои сапфировои подложки срасположенными на ней двумя тензо"чувствительными схемами, в однойиэ которых эпитаксиальные тензореэис торы изготовлены из кремния, леги"рованного бором с концентрацией дырок 3,51 О"- 910"сма в другой - с концентрацией дырок1,810- 310 о см , причем перваясхема подключена к источнику постоянного тока, а вторая - к ;сточникупостоянного напряжения и обе схемы - к электронному преобразователю,сигнала, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что, с целью повышения точностии расширения температурного диапазона, в него введены переключающееустройство и эпитаксиальный терморе"эистор, выполненный иэ кремния, ле" 2 о гированного бором с концентрацией ды"рок 3,5 10 ф 1- 3 10 осьг расположен"ный в недеформируемой зоне сапфировой подложки и включеннЫй в цепьуправления переключающего устройст;25ва, входы которого соединены с выходами тензочувствительных схем, а вы"ход соединен с входом электронногопреобразователя сигнала.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Электронная техника, сер. и, вып. 2, 1976, с. 43.35 формула изобретенияПолупроводниковый тензопреобраэователь, содержащий чувствительный элемент, выполненный в виде монокрис 2, Авторское свидетельство СССР по заявке И 2582086/18-10,кл. С 01 Е 9/04, 20.02,78."ЛЖ ЮРУ Сост Техр тель В.Ко М. НадьУс Корректор И КостРЕЕВЕ ЕЮЕВ акт еЮавеа е Заказ 3913/34ВН сн п 113035,илиал ППП "Патент", г, Ужгород, ул. Проектна ж 887венного .етений иРаущская Тира ПИ Государст делам изобр сква, Ж, Поомитета СССРоткрытийнаб., д. 4/5