Преобразователь механических напряжений в электрический сигнал Советский патент 1983 года по МПК H01L29/84 G01L1/22 

г

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ МЕХАНИЧЕСКИХ 1 НАПРЯЖЕНИЙ В ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ СИГНАЛ, содержащий полупроводниковый тензочувствительный элемент с электрическими контактами,о тличающий с я тем,что,с целью повышения тенэоiчувствительности, в качестве тензо-. :чувствительного элемента использован кристалл с туЯнельно-прозрачным диэлектриком, снабженным слоем металла 1 со стороны силовведения.

эо эо

-J Изобретение относится к измерительной -технике и может быть исполь зовано в качестве датчика для измерения механических давлений. Известен датчик, использующий те зосвойства выпрямляющего контакта металл-полупроводник. Его тензочувствительный элемент состоит из кристалла, на одной из граней го расположен выпрямляющий контакт металл-полупроводник, а на другой п раляельной грани кристалла располо жен невыпрямляквдий (омический) контакт. На выпрямляющий контакт оказы вает механическое воздействие инден тор, Ктензочувствительному элемент подводят постоянное напряжение и контролируют проходящий ток, по изм нению которого судят о приложенном давлении 1. Недостатком известного устройства является сравнительно малая тенз чувствительность. Это объясняется тем, что при воздействии давления сопротивление выпрямляющего контакт изменяется только за счет изменения тока термоэлектронной эмиссии. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является полупровод никовый преобразователь давления с использованием тензоэффекта. Выполнение тензочувствительного элемента в этом преобразователе реализуется структурой полупроводник - туннельно-прозрачный диэлектрик - полупроводник 2. Тён::.очувствительный элемент тако го типа обладает невысокой чувствительностью в связи с тем, что при воздействии давления .тензочувствительный ток определяется током термоэлектронной эмиссии. Цель изобретения - повышение тен зочувствительности преобразователя. Указанная цель достигается тем, что в преобразователе механических напряжений в электрический сигнал, содержащем полупроводниковый тензочувствительный элемент с электричес кими контактами, в качестве тензочувствительного элемента использован полупроводниковый кристалл с туннельно-прозрачным диэлектриком, снабженным слоем металла со стороны силовведения. На чертеже изображен предлагаемы преобразователь. Преобразователь состоит из пьедестала 1, на котором расположен по лупроводниковый кристалл 2 с невыпр ляющим (омическим) контактом 3 на пьедестале. На противоположной гран кристалла расположен слой туннельно прозрачного диэлектрика 4. Со сторо силовведения на туннельно-прозрачном диэлектрике 4 сформирован слой металла 5. Полупроводниковый кристалл 2, туннельно-прозрачный диэлектрик 4 и металл 5 в совокупности представляет собой выпрямляющий контакт. На металле 5 расположен индентор 6 для создания механических давлений. Тензочувствительный преобразователь контактами 5 и 3 подключен во внешную цепь, состоящую из источника 7 питания и исполнительного устройства 8. f Механическое давление через индентор 6 воздействует на выпрям ляющий контакт, в результате чего сопротивление выпрямляющего контакта уменьшаемся,а ток в цепи исполнительного устройства увеличивается,приводя последнее в действие.Ток в цепи исполнительного устройства в основном определяется сопротивлением выпрямляющего контакта со слоем туннельно-прозрачного диэлектрика между металлом и полупроводником.В отсутствии давления сопротивление контакта велико и ток в цепи мал.При воздействии давления ток увеличивается по двум причинам. Во-первых, при воздействии давления уменьшается ширина запрещенной зоны полупроводника и увеличивается плотность роверхност НЕлх состояний на границе полупровод ник-диэлектрик, что приводит к уменьшению высоты потенциального барьера и увеличению тока термоэлектронной эмиссии. Во-вторых, изменение плотности поверхностных электронных состояний (увеличение) приводит к увеличению тока через поверхностные уровни, расположенные на границе полупроводник туннельно-прозрачный диэлектрик. 11ри отсутствии диэлектрического слоя между металлом и полупроводником ток через поверхностные уровни не протекает и тензочувствительность определяется только изменением высоты потенциального барьера, так как в этом случае уровень ферми закреплен на поверхности полупроводника и его положение не зависит от приложенного смещения. Наличие промежуточного диэлектрического слоя между металлом и полупроводником увеличивает роль токов через поверхностно-электронные состояния. Таким образом, в случае наличия контакта металл-полупроводник с туннельно-прозрачнЪом диэлектрическим слоем происходит увеличение тензочувствительности за счет перемещения спектра поверхностно-электронных состояний, созданного связью атомов металла-полупроводник, к дну зоны проводимости (происходит дополнитель31008824

ное уменьшение высоты потенциального Предлагаемыйпреобразователь позбарьера) и за счет токов поверхност-воляет повысить тензочувствительность

ные уровни с последукнщм туннелярО1ва-по сравнению с известнЕМи приблизительнием сквозь слой диэлектрика.но в 10 раз.