mems压阻式压力传感器空腔(单晶硅压阻式压力传感器)

海潮机械 2023-01-12 16:20 编辑:admin 246阅读

1. 单晶硅压阻式压力传感器

应变片压力传感器原理

在了解压阻式力传感器时,我们首先认识一下电阻应变片这种元件。电阻应变片是一种将被测件上的应变变化转换成为一种电信号的敏感器件。它是压阻式应变传感器的主要组成部分之一。电阻应变片应用最多的是金属电阻应变片和半导体应变片两种。金属电阻应变片又有丝状应变片和金属箔状应变片两种。通常是将应变片通过特殊的粘和剂紧密的粘合在产生力学应变基体上,当基体受力发生应力变化时,电阻应变片也一起产生形变,使应变片的阻值发生改变,从而使加在电阻上的电压发生变化。这种应变片在受力时产生的阻值变化通常较小,一般这种应变片都组成应变电桥,并通过后续的仪表放大器进行放大,再传输给处理电路(通常是A/D 转换和CPU )显示或执行机构。

2. 硅压阻式力敏传感器

压阻式传感器是根据半导体材料的压阻效应在半导体材料的基片上经扩散电阻而制成的器件。其基片可直接作为测量传感元件,扩散电阻在基片内接成电桥形式。当基片受到外力作用而产生形变时,各电阻值将发生变化,电桥就会产生相应的不平衡输出。

用作压阻式传感器的基片(或称膜片)材料主要为硅片和锗片,硅片为敏感 材料而制成的硅压阻传感器越来越受到人们的重视,尤其是以测量压力和速度的固态压阻式传感器应用最为普遍。

3. 单晶硅压阻式压力传感器的作用

应变式传感器用的是电阻应变片和敏感弹性金属结构;

压阻式传感器用的是单晶硅材料;

两种原理简单的讲是这样的:

应变式的原理是,力改变了弹性敏感元件的几何尺寸,导致应变计被拉长或压短,从而应变计的阻值发生改变。通过后面仪器可测量出这个阻值变化率,也就是测出“应变”。然后得出力的大小。

压阻式的原理是,当力作用于硅晶体时,晶体的晶格发生变形,从而使得硅的电阻率发生变化。

4. 单晶硅压阻式压力传感器工作原理

传感器是将各种非电量(包括物理量、化学量、生物量等)按一定规律转换成便于处理和传输的另一种物理量(一般为电量)的装置。传感器一般由敏感元件、转换元件和测量电路三部分组成,有时还需外加辅助电源。制造半导体压力传感器的基本原理是利用硅晶体的压阻效应。单晶硅材料在受到应力作用后,其电阻率发生明显变化,这种现象称为压阻效应。

5. 硅压阻式压力传感器原理

传感器是将各种非电量(包括物理量、化学量、生物量等)按一定规律转换成便于处理和传输的另一种物理量(一般为电量)的装置。传感器一般由敏感元件、转换元件和测量电路三部分组成,有时还需外加辅助电源。制造半导体压力传感器的基本原理是利用硅晶体的压阻效应,压力

传感器所用的元件材料是具有压阻效应的单晶硅、扩散掺杂硅和多晶硅,根据晶体不受定向应力时,电导率是同性的,只有受定向应力时才表现出各向异性,由于应力能引起能带的变化,能谷能量移动,导致电阻率的变化,于是就有电阻的变化,从而产生压阻效应,单晶硅效应包括:p型

和N型硅压阻效应。选用扩散硅目的在于在设计制造压力传感器是根据不同温度下硅扩散层的压阻特性选择合适的扩散条件,力求使压力传感器具有良好的性能,多晶硅在传感器中有广泛的用途,可作为微结构和填充材料、敏感材料。

胎压传感器功能和原理:主要是用来检测胎压的传感器。在硅片的中间,从背面腐蚀形成了正方形的膜片,利用膜片将压力转换成应力,利用压阻效应将加在膜片上的应力变换成电阻的变化M胎压的输出特性。

6. 半导体扩散硅压阻式压力传感器实验

所谓压阻效应,是指当半导体受到应力作用时,由于载流子迁移率的变化,使其电阻率发生变化的现象。

它是C.S史密斯在1954年对硅和锗的电阻率与应力变化特性测试中发现的。压阻效应的强弱可以用压阻系数π来表征。压阻系数π被定义为单位应力作用下电阻率的相对变化。

压阻效应有各向异性特征,沿不同的方向施加应力和沿不同方向通过电流,其电阻率变化会不相同。譬如:在室温下测定N型硅时,沿(100)方向加应力,并沿此方向通电流的压阻系数π11=102.2×10-11m2/N;而沿(100)方向施加应力,再沿(010)方向通电流时,其压阻系数π12=53.7×10-11m2/N。

此外,不同半导体材料的压阻系数也不同,如在与上述N型硅相同条件下测出N型锗的压阻系数分别为π11=5.2×10-11m2/N;π12=5.5×10-11m2/N。

压阻效应被用来制成各种压力、应力、应变、速度、加速度传感器,把力学量转换成电信号。例如:压阻加速度传感器是在其内腔的硅梁根部集成压阻桥(其布置与电桥相似),压阻桥的一端固定在传感器基座上,另一端挂悬着质量块。当传感器装在被测物体上随之运动时,传感器具有与被测件相同的加速度,质量块按牛顿定律(第二定律)产生力作用于硅梁上,形成应力,使电阻桥受应力作用而引起其电阻值变化。把输入与输出导线引出传感器,可得到相应的电压输出值。该电压输出值表征了物体的加速度。

半导体压阻传感器已经广泛地应用于航空、化工、航海、动力和医疗等部门。

7. 硅压阻力敏传感器原理

这个功能的实现是很简单的。在车窗电动机的回路上串联一个双金属片开关。电动机通电后运转,而当车窗遇到障碍而无法上升后,电动机也就不能运转了,这时就造成了电动机回路上的电流升高,电流升高就使双金属片开关受热膨胀,开关膨胀后就切断了电流。没有了电流,电动机也就不能运转了,从而实现了防夹手的功能。电流断,双金属片开关开始冷却,冷却后就又恢复了电动机回路,从而能重新工作。当然,这是最早最老的方法,现在先进一点的,也是通过电动窗控制模块(ECM)来实现防夹手功能的。每个车门内都有一个阻力传感器和一个车窗位置传感器,ECM通过接收这两个传感器的信号,来判断是否有物体阻碍了车窗上升,如果判断结果是肯定的,那么ECM就会反向驱动电机,使车窗下降