Интегральный преобразователь давления

 

ИНТЕГРАЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ДАВЛЕНИЯ, содержащий квадратную мембрану из монокристаллического кремния, плоскость которой совпадает с основной кристаллографической плоскостью, а стороны ориентированы вдоль взаимно перпендикулярных направлений, и расположенные по периферии мембраны тензорезисторы р-типа проводимости в Виде резистивных полосок, параллельные двум противоположным сторо- , нам и перпендикулярные двум другим сторонам мембраны, отличающийся тем, что, с целью повыше-ния -чувствительности при сохранении допустимого уровня рассеиваемой мощности и температуры саморазогрева тензорезисторов, суммарная площадь областей мембраны расположения тензорезисторов , включая промежутки между резистивными полосками, составляет не менее 20% от площади всей мембраны, а длина каждой последующей с 9 резистивной полоски в направлении (Л от стороны к оси симметрии мембраны и в направлении от оси симметрии к ее сторонам.не превышает длину предыдущей резистивной полоски. ел о со О5

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCKOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ВИьЛкО - -

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

IlO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3502759/18-10 (22) 22.10.82 (46) 07.02.88. Бюл. Ó 5 (71) Московский инженерно-физический институт (72) В.И.Ваганов и А.Б.Носкин (53) 531.787(088.8) ,(56) Патент США 9 4079508, кл. 29/580, 1978.

Clark S.Ê. Pressure sensitivity

in Anisotropically etched thin-diaphagin pressure sensors — IEEE Transactions on Electron Devices, 1979, - ч. ED-20, N 12, р. 1887-1895. (54)(57) ИНТЕГРАЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

ДАВЛЕНИЯ, содержащий квадратную мембрану из монокристаллического кремния, плоскость которой совпадает с основной кристаллографической плоскостью, а стороны ориентированы вдоль взаимно перпендикулярных направлений, и

„Л0„„1075096 А (51) 4 G 01 L 9/04 расположенные по периферии мембраны тензорезисторы р-типа проводимости в Виде резистивных полосок, параллельные двум противоположным сторонам и перпендикулярные двум другим сторонам мембраны, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повьппения чувствительности при сохранении допустимого уровня рассеиваемой мощности и температуры саморазогрева тензорезисторов, суммарйая площадь областей мембраны расположения тензорезисторов, включая промежутки между резистивными полосками, составляет не менее 207 от площади всей . мембраны, а длина каждой последующей резистивной полоски в направлении от стороны к оси симметрии мембраны ! и в направлении от оси симметрии к ее сторонам .не превьппает длину предыдущей резистивной полоски.

1075096

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к интегральным тензопреобразователям, предназначенным для использования в различных областях науки и техники, связанных с измерением давления.

Известны интегральные преобразователи давления, содержащие квадратную мембрану из монокристалллического кремния и тензореэисторы, расположенные на ней, Основными недостатками преобразователей являются низкая чувствительность, а также невозможность уменьше- 15 ния геометрических размеров мембраны при сохранении чувствительности и без ухудшения метрологических или эксплуатационных характеристик преобразователя. 20

Наиболее близким к предлагаемому ,по технической сущности является интегральный преобразователь давления, содержащий квадратную мембрану из монокристаллического кремния р-ти- 25 па проводимости. Плоскость мембраны совпадает с кристаллографической плоскостью (00 1), а стороны ориентированы вдоль взаимно перпендикулярных кристаллографических направлений с0117.

На мембране методом диффузии сформированы четыре тензорезистора р-типа, объединенные в мостовую схему.

Основным недостатком этого .преобразователя является низкое значение чувствительности. Это объясняется практической невозможностью увеличения выходного сигнала за счет повышения напряжения питания, что связано со значительным мощностным саморазогревом тензорезисторов.

Целью изобретения является повышение чувствительности при сохранении допустимого уровня рессеиваемой мощности и температуры транзорезисторов.

Поставленная цель достигается тем, что в преобразователе давления, содержащем мембрану иэ монокристаллического кремния, плоскость которой совпадает с основной кристаллографической плоскостью, а стороны мембраны ориентированы вдоль взаимно перпендикулярных кристаллографических направлений, и расположенные по периферии мембраны тензорезисторы р-типа проводимости в виде резистивных полосок, параллельные двум противоположным сторонам и перпендикулярные двум другим сторонам мембраны, суммарная пло- щадь областей мембраны расположения тензорезисторов, включая промежутки между резистивными полосками, составляет не менее 20Х от площади всей мембраны, а длина каждой последующей резистивной полоски в направлении от стороны к оси симметрии мембраны и в направлении от оси симметрии мембраны к ее сторонам не превышает длину предыдущей резистивной полоски.

На фиг, 1 схематично изображен преобразователь давления на фиг.2— фрагмент топологии тензочувствительной схемы преобразователя.

Интегральный преобразователь давленин представляет собой монокристалл

1 кремния, в котором изготовлена мемб.— рана 2 квадратной формы. Плоскость мембраны совпадает с кристаллографической плоскостью (001), а стороны ориентированы вдоль взаимно перпендикулярных кристаллографических направлений (011), Тензорезисторы р-типа проводимости расположены в периферийных областях мембраны, причем тензорезисторы с одинаковым знаком чувствительности расположены у противоположных сторон мембраны. Тензорезисторы образованы последовательным соединением резистивных полосок 3 и 4.

Объединение отдельных полосок в тензорезисторную структуру осуществлено при помощи соединительных областей 5.

Контур мембраны показан пунктиром.

Преобразователь работает следующим образом.

Давление, действующее на мембрану, вызывает изменение сопротивления транзисторов, расположенных на ней, что фиксируется измерительной схемой.

Таким образом, использование предлагаемого преобразователя позволяет повысить чувствительность, расширить диапазон рабочих температур и уменьшить геометрические размеры мембраны и всего преобразователя.

1075095

Редактор Н.Сильнягина

Техред M.Äèäûê

Корректор О. Кравцова

Заказ 743

Тираж 847

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Подписное

Производственно-полиграфическое предприятие, г.ужгород, ул.Проектная, 4