傳感器應(yīng)用技術(shù) 課件 4-7壓阻傳感器的原理與結(jié)構(gòu)

《傳感器應(yīng)用技術(shù)》課程Principleandstructureofpiezoresistivesensor壓阻傳感器的原理與結(jié)構(gòu)Sensorsapplicationtechnology1.

壓阻式傳感器的工作原理2.壓阻式傳感器的結(jié)構(gòu)3.壓阻式傳感器的特點(diǎn)4.壓阻式傳感器的制造工藝5.壓阻式傳感器的測(cè)量電路課程內(nèi)容CourseContents1.壓阻式傳感器的工作原理

壓阻式傳感器是根據(jù)半導(dǎo)體材料的壓阻效應(yīng)在半導(dǎo)體材料的基片上經(jīng)擴(kuò)散電阻而制成的器件。其基片可直接作為測(cè)量傳感元件，擴(kuò)散電阻在基片內(nèi)接成電橋形式。當(dāng)基片受到外力作用而產(chǎn)生形變時(shí)，各電阻值將發(fā)生變化，電橋就會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的不平衡輸出。壓阻式傳感器的工作原理壓阻式壓力傳感器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖1—低壓腔2—高壓腔3—硅杯4—引線(xiàn)5—硅膜片2.壓阻式傳感器的結(jié)構(gòu)壓阻式傳感器的結(jié)構(gòu)

壓阻傳感器采用集成工藝將電阻條集成在單晶硅膜片上,制成硅壓阻芯片,并將此芯片的周邊固定封裝于外殼之內(nèi)，引出電極引線(xiàn)（如圖）。壓阻式壓力傳感器又稱(chēng)為固態(tài)壓力傳感器，它不同于粘貼式應(yīng)變計(jì)需通過(guò)彈性敏感元件間接感受外力，而是直接通過(guò)硅膜片感受被測(cè)壓力的。圖中硅膜片的一面是與被測(cè)壓力連通的高壓腔，另一面是與大氣連通的低壓腔。硅膜片一般設(shè)計(jì)成周邊固支的圓形。在圓形硅膜片(N型)定域擴(kuò)散4條P雜質(zhì)電阻條,并接成全橋，其中兩條位于壓應(yīng)力區(qū)，另兩條處于拉應(yīng)力區(qū)，相對(duì)于膜片中心對(duì)稱(chēng)。3.壓阻式傳感器的特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn):

體積小，結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，動(dòng)態(tài)響應(yīng)也好，靈敏度高，能測(cè)出十幾帕的微壓，長(zhǎng)期穩(wěn)定性好，滯后和蠕變小，頻率響應(yīng)高，便于生產(chǎn)，成本低。缺點(diǎn)：測(cè)量準(zhǔn)確度受到非線(xiàn)性和溫度的影響。智能壓阻式壓力傳感器利用微處理器對(duì)非線(xiàn)性和溫度進(jìn)行補(bǔ)償。壓阻式傳感器的特點(diǎn)4.壓阻式傳感器的制造工藝1.薄膜技術(shù)---真空蒸鍍

在真空室內(nèi),將待蒸發(fā)的材料置于鎢絲制成的加熱器上加熱,當(dāng)真空度抽到0.0133Pa以上時(shí),加大鎢絲的加熱電流,使材料融化,繼續(xù)加大電流使材料蒸發(fā),在基底上凝聚成膜。1—真空室,2—基底,3—鎢絲,4—接高真空泵。4.壓阻式傳感器的制造工藝1.薄膜技術(shù)---濺射

在低真空室中,將待濺射物制成靶置于陰極,用高壓（通常在1000V以上）使氣體電離形成等離子體,等離子中的正離子以高能量轟擊靶面,使靶材的原子離開(kāi)靶面,淀積到陽(yáng)極工作臺(tái)上的基片上,形成薄膜。1—靶,2—陰極,3—直流高壓,4—陽(yáng)極,5—基片,6—惰性氣體入口,7—接真空系統(tǒng)。4.壓阻式傳感器的制造工藝1.薄膜技術(shù)---化學(xué)氣相淀積

化學(xué)氣相淀積是將有待積淀物質(zhì)的化合物升華成氣體,與另一種氣體化合物在一個(gè)反應(yīng)室中進(jìn)行反應(yīng),生成固態(tài)的淀積物質(zhì),淀積在基底上生成薄膜。1—反應(yīng)氣體A入口,2—分子篩,3—混合器,4—加熱器,5—反應(yīng)室,6—基片,7—閥門(mén),8—反應(yīng)氣體B入口4.壓阻式傳感器的制造工藝2.微細(xì)加工技術(shù)---體型結(jié)構(gòu)腐蝕加工

體型結(jié)構(gòu)腐蝕加工常用化學(xué)腐蝕液（濕法）和離子刻蝕（干法）技術(shù)（采用惰性氣體）。4.壓阻式傳感器的制造工藝2.微細(xì)加工技術(shù)---表面腐蝕加工

該工藝的特點(diǎn)是利用稱(chēng)為“犧牲層”的分離層,形成各種懸式結(jié)構(gòu)。5.壓