Mi a nyomásérzékelő elve?
A félvezető nyomásérzékelők két kategóriába sorolhatók, az egyik azon az alapelven alapul, hogy a félvezető PN-csomópont (vagy Schottky-csomópont) stressz hatására megváltozik az I-υ jellemzőiben. Az ilyen típusú nyomásérzékeny alkatrészek jellemzői nagyon instabilak, és nem nagyon fejlődtek. A másik a félvezető piezorezisztív hatás alapján kialakított érzékelő, amely a félvezető nyomásérzékelő fő típusa. Az első időkben a félvezető ellenállás -feszültségmérők nagy részét a rugalmas elemekre ragasztották, hogy különféle feszültség- és húzástesztelő műszereket készítsenek. Az 1960 -as években a félvezető integrált áramköri chipek technológiai fejlődésével együtt megjelentek a félvezető nyomásérzékelők, amelyek piezorezisztens alkatrészekként diffúziós ellenállásokkal rendelkeznek. Ez a típusú nyomásérzékelő egyszerű és megbízható felépítésű. Nincsenek relatív mozgó alkatrészek. A nyomásérzékeny elem és az érzékelő rugalmas eleme integrálva van, ami kiküszöböli a mechanikai berendezések elmaradottságát és a feszültségoldást, és javítja az érzékelő tulajdonságait.
A félvezetők piezorezisztív hatása A félvezetőknek van egy külső erőkkel kapcsolatos jellemzőjük, vagyis az ellenállás (amelyet ρ jelölés jelez) változik a talaj erejével, amit piezorezisztív hatásnak nevezünk. Az ellenállás relatív változását az egység talajfeszültsége hatására piezorezisztív együtthatónak nevezzük, és π jelöléssel ábrázoljuk. Matematikai képletben kifejezve 墹 ρ/ρ=πσ
A képletben σ a stresszt jelenti. Az ellenállásérték (R/R) változását, amelyet egy félvezető ellenállásnak feszültségnek kell kitennie, az ellenállás változása határozza meg, így a piezorezisztens hatás fenti relációs egyenlete R/R=πσ
Külső erő hatására a félvezető kristályban bizonyos talajfeszültség (σ) és húzás (ε) keletkezik. A köztük lévő belső kapcsolatot a nyersanyag Young' -es modulusa (Y) határozza meg, azaz Y=σ/ε
Ha a piezorezisztív hatást a félvezető által elviselhető húzással fejezzük ki, akkor R/R=Gε
G -t a nyomásérzékelő érzékenységi tényezőjének nevezik, amely az egység feszültség okozta relatív ellenállásváltozást jelenti.
A piezorezisztív index vagy ügyességi tényező a félvezető piezorezisztens hatás alapvető fizikai paramétere. A köztük lévő kapcsolat megegyezik a talajterhelés és a nyúlás kapcsolatával, amelyet a nyersanyag Young' -es modulusa határoz meg, azaz G=πY
Mivel a félvezető kristályok rugalmassága anizotróp, Young&modulusa és piezorezisztens együtthatója kristályorientációval változik. A félvezető piezorezisztív hatás nagysága szintén szorosan összefügg a félvezető ellenállásával. Minél kisebb az ellenállás, annál kisebb az érzékenységi tényező értéke. A diffúziós ellenállás piezorezisztens hatását a diffúziós ellenállás kristályosodási hajlama és szennyeződéskoncentrációja határozza meg. A kulcsfontosságú szennyezőkoncentráció a diffúziós réteg felületi szennyeződési koncentrációjára vonatkozik.
