隨著固體物理學(xué)的發(fā)展,,固體的各種效應(yīng)逐漸被人們所發(fā)現(xiàn)。固體受到力的作用后,,電阻率將發(fā)生顯著的變化這種效應(yīng)稱為壓阻效應(yīng),。壓阻式傳感器就是利用這種效應(yīng)制成的。壓阻式傳感器主要用于測量力,,壓力,、加速度、載荷和扭矩等參量,。
硅晶體有良好的彈性形變性能和顯著的壓阻效應(yīng),,利用硅的壓阻效應(yīng)和集成電路技術(shù)制版的傳感器,具有靈敏度高,、動態(tài)響應(yīng)快,、測量精度高、穩(wěn)定性好,、工作溫度范圍寬,、易于小型化和批量生產(chǎn)及使用方便等特點(diǎn)。因而是一種應(yīng)用日益廣泛,、發(fā)展非常迅速的傳感器,。早期的硅壓力傳感器稱為體型壓力傳感器(又稱半導(dǎo)體應(yīng)變片式壓力傳感器)。它的應(yīng)變片是采用單晶硅在生產(chǎn)過程中接入雜質(zhì)硼,,形成具有一定電阻率的晶體,,然后將單品硅切割加工成薄片矩形條,粘貼在金屬或其它材料制成的彈性元件上,,構(gòu)成半橋或全橋電路,。當(dāng)彈性體承受壓力后,產(chǎn)生應(yīng)力,使硅片受到壓縮或拉伸,,硅的電阻率發(fā)
生變化,產(chǎn)生正比于力的電壓信號輸山,,測定電壓大小就可確定力的大小。這種半導(dǎo)體應(yīng)變片式力傳感器,,后來發(fā)展成在N型硅單晶片上選擇適當(dāng)位置,,通過擴(kuò)散制成厚度極薄的P型硅應(yīng)變電阻條,。P型硅應(yīng)變電阻條與N型硅單晶基片(膜片)之間構(gòu)成PN結(jié),反向偏置后,,可使P型硅應(yīng)變電阻條與N型硅基片形成絕緣。把制成的P型硅應(yīng)變電阻條連接成惠斯頓電橋,,這就是壓阻式傳感器的芯片。把芯片粘貼在彈性元件上,,汽壓力作用于彈性元件時,芯片上的電橋在壓力作用下出現(xiàn)不平衡,,輸出一正比于壓力變化的電壓信號,。這種壓阻式傳感器,,由于采用了粘片結(jié)構(gòu),,所以存在著較大的滯后和蠕變現(xiàn)像,,并具有固有頻率較倔,、稻皮不夠高,、小型化集成化有困難等問題,,因此影響了它的使用和發(fā)展,。
70年代,,采用集成電路技術(shù)制造壓阻式傳感器獲得了極大的發(fā)展,。制成了周邊固支的電阻與硅膜片一體化的硅杯式擴(kuò)散型壓阻式傳感器。它克服了上述壓阻式傳感器的問題,,其性能優(yōu)良,,易于小型化和批量生產(chǎn),而且能把應(yīng)變電阻條,、補(bǔ)償線路,、信號調(diào)整,,甚至能將計(jì)算處理電路集成在一塊硅片上,,制成智能傳感器,這使壓阻式傳感器獲得了更廣泛的應(yīng)用,,成為人們更為重視的一種新型傳感器。
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