Интегральный преобразователь давления
Полезная модель относится к конструкции интегральных полупроводниковых тензопреобразователей. Техническим результатом полезной модели является упрощение конструкции, повышение точности измерения, воспроизводимость параметров и стабильность работы при воздействии температур в широком диапазоне. Технический результат достигается тем, что в интегральном преобразователе давления в центральной части монокристаллической кремниевой пластины выполнено углубление, образующее мембрану с жестким центром, в верхней части мембраны сформировано четыре диффузионных тензорезистора, два из которых расположены параллельно друг другу вдоль противоположных краев мембраны, а еще два диффузионных тензорезистора расположены перпендикулярно первым двум и параллельно друг другу вдоль противоположных краев жесткого центра, причем размер граней жесткого центра, вдоль которых расположены диффузионные тензорезисторы, не менее длины тензорезистора, а соединение смежных диффузионных тензорезисторов в мостовую схему и соединение диффузионных тензорезисторов с контактными площадками выполнено высоколегированными диффузионными областями р+ - типа проводимости. 1 с.п.ф. 2 илл.
Полезная модель относится к конструкции интегральных полупроводниковых тензопреобразователей.
Известен полупроводниковый датчик давления в виде монокристаллической кремниевой пластины, с одной стороны которой сформированы тензорезисторы, объединенные в мост Уинстона. С другой стороны пластины выполнено центрально-симметричное углубление, состоящее из двух параллельных канавок и двух участков, соединяющих концы параллельных канавок между собой, и имеющих с ними общее плоское дно. Дно совместно с первой стороной кремниевой пластины образует мембрану, окружающую один, полученный таким образом, жесткий центр. На каждом прямолинейном участке мембраны напротив дна соответствующей канавки размещены тензорезисторы двух плеч моста Уинстона. Патент США 
4236137, МПК: G01L 001/22, 1980. Недостатком датчика является наличие фрагментов металлической разводки в области мембраны, что вызывает дополнительные погрешности и приводит к снижению точности измерений, снижает надежность датчика давления.
Известен интегральный преобразователь давления, содержащий кремниевый кристалл n-типа проводимости с плоской рабочей поверхностью и мембраной в центре кристалла с обратной стороны, на рабочей поверхности которого сформированы радиальные и тангенциальные тензорезисторы p-типа проводимости, соединенные с помощью металлической электрической разводки в мостовую схему, соединение тензорезисторов с металлической разводкой выполнено дополнительно созданными промежуточными высоколегированными областями p+-типа проводимости за пределами мембраны и ее переходных областей, причем высоколегированные промежуточные области p+ - типа проводимости охватывают часть мембраны, переходную область и часть основания и имеют одинаковые размеры и форму. Патент Российской Федерации 2278447, МПК: G01L 9/04, 2006 г. Прототип. Недостатками прототипа являются необходимость защиты диэлектрическим слоем металлической разводки, обладающей низкой прочностью и пластичностью и подверженной механическим повреждениям; взаимные пересечения высоколегированных областей с металлической разводкой, что при наличии дефектов в слое диэлектрика на поверхности кристалла приводит к замыканию металлизации с кремниевой пластиной и высоколегированными областями и вызывает образование токов утечки между электрическими цепями тензомоста и кремниевой пластины; удвоенное по сравнению с количеством тензорезисторов число омических контактов к высоколегированным областям, обладающих конечными и отличными друг от друга из-за технологического разброса сопротивлениями и вносящих дополнительный вклад в сопротивление каждого из тензорезисторов, что приводит к смещению начального выходного напряжения моста.
Полезная модель устраняет указанные недостатки.
Техническим результатом полезной модели является упрощение конструкции, повышение точности измерения, воспроизводимость параметров и стабильность работы при воздействии температур в широком диапазоне.
Технический результат достигается тем, что в интегральном преобразователе давления, содержащем монокристаллическую кремниевую пластину n-типа проводимости с плоской рабочей поверхностью и мембраной с обратной стороны, на рабочей поверхности которой сформированы тензорезисторы p-типа проводимости, соединенные в мостовую схему через промежуточные высоколегированные области р+ - типа проводимости за пределами мембраны и ее переходных областей, в центральной части монокристаллической кремниевой пластины выполнено углубление, образующее мембрану с жестким центром, в верхней части мембраны сформировано четыре диффузионных тензорезистора, два из которых расположены параллельно друг другу вдоль противоположных краев мембраны, а еще два диффузионных тензорезистора расположены перпендикулярно первым двум и параллельно друг другу вдоль противоположных краев жесткого центра, причем размер граней жесткого центра, вдоль которых расположены диффузионные тензорезисторы, не менее длины тензорезистора, а соединение смежных диффузионных тензорезисторов в мостовую схему и соединение диффузионных тензорезисторов с контактными площадками выполнено высоколегированными диффузионными областями p+ - типа проводимости. Полезная модель поясняется на фиг. 1 и фиг. 2.
На фиг. 1 показан вид сверху на интегральный преобразователь давления, где: 1 - монокристаллическая кремниевая пластина, 2 - мембрана, 3 - жесткий центр, 4 - контур мембраны, 5 - контур жесткого центра 3, 6 - диффузионные тензорезисторы, 7 - диффузионные высоколегированные области, 8 - контактные окна, 9 - контактные площадки.
На Фиг. 2 - представлен разрез 
-A интегрального преобразователя давления, где: 10 - диэлектрический слой.
В центральной части монокристаллической кремниевой пластины 1 выполнено углубление, образующее мембрану 2 с жестким центром 3. В верхней части мембраны 2 сформированы четыре диффузионных тензорезистора 6, два из которых, расположены параллельно друг другу вдоль взаимно противоположных краев 4 мембраны 2, а другие два диффузионных тензорезистора 6 - перпендикулярно первым двум и параллельно друг другу вдоль взаимно противоположных краев контура 5 жесткого центра 3.
Диффузионные тензорезисторы 6 объединены в мостовую схему высоколегированными диффузионными областями 7 с типом проводимости, идентичным проводимости диффузионных тензорезисторов 6.
Соединение диффузионных тензорезисторов 6 с металлическими контактными площадками 9, расположенными за границами 4 мембраны 2, осуществлено высоколегированными диффузионными областями 7 через контактные окна в диэлектрическом слое 10.
Форма и размеры высоколегированных областей 7 подобраны для обеспечения одинакового вклада в сопротивление каждого диффузионного тензорезистора 6 для исключения смещения начального разбаланса тензомоста. Объединение диффузионных тензорезисторов 6 в мост Уинстона и их соединение с контактными площадками 9 диффузионными шинами минимизирует разброс начального выходного сигнала, упрощает технологию изготовления и увеличивает процент выхода годных интегральных преобразователей давления.
Работает интегральный преобразователь давления следующим образом.
Давление измеряемой среды вызывает деформацию мембраны 2 с жестким центром 3. Деформация мембраны 2 изменяет электрическое сопротивление диффузионных тензорезисторов 6, расположенных вдоль границ 4 мембраны 2 и границ контура 5 жесткого центра 3 и объединенных высоколегированными областями 7 в мост Уинстона.
Полученный электрический сигнал с моста Уинстона передают на схему обработки сигнала датчика давления через металлические площадки 9, сформированные в местах размещения контактных окон 8 в диэлектрическом слое 10 к высоколегированным диффузионным областям 7.
Отсутствие металлизации в центральной части монокристаллической кремниевой пластины 1 со стороны размещения диффузионных тензорезисторов 6, и, как следствие, отсутствие перепада высот на ее поверхности, позволяет организовать защитный упор (ограничитель прогиба) мембраны 2. Защитный упор увеличивает в несколько раз стойкость мембраны 2 к перегрузочному давлению. Защитный упор, выполненный из кремния, керамики, стекла или иного материала с коэффициентом теплового расширения, близким к кремнию, закрепляют на поверхности монокристаллической кремниевой пластины 1 за пределами мембраны 2 и ее переходных областей.
Интегральный преобразователь давления, содержащий монокристаллическую кремниевую пластину n-типа проводимости с плоской рабочей поверхностью и мембраной с обратной стороны, на рабочей поверхности которой сформированы тензорезисторы p-типа проводимости, соединенные в мостовую схему через промежуточные высоколегированные области p+-типа проводимости за пределами мембраны и ее переходных областей, отличающийся тем, что в центральной части монокристаллической кремниевой пластины выполнено углубление, образующее мембрану с жестким центром, в верхней части мембраны сформировано четыре диффузионных тензорезистора, два из которых расположены параллельно друг другу вдоль противоположных краев мембраны, а еще два диффузионных тензорезистора расположены перпендикулярно первым двум и параллельно друг другу вдоль противоположных краев жесткого центра, причем размер граней жесткого центра, вдоль которых расположены диффузионные тензорезисторы, не менее длины тензорезистора, а соединение смежных диффузионных тензорезисторов в мостовую схему и соединение диффузионных тензорезисторов с контактными площадками выполнено высоколегированными диффузионными областями p+-типа проводимости.
