Полупроводниковый датчик давления Советский патент 1984 года по МПК G01L9/04 

Изобретение относится к приборостроению, а именно к технике измерения давления полупроводникоными датчиками повышенной точности. Известен полупроводниковый датчик давления, содержащий размещенный в корпусе улругий чувствительный элемент, на одной стороне которого расположена тензочувствительная схема с резисторами, а на другой стороне нанесены металлические слои с различными температурными коэффициентами линейно. го расширения 1 . Недостатки устройства заключаются в том, что в нем не реализуются идентичные услоВия теплоотвода от всех резисторов схемы и не осуш,ествляется защита тензочувствительной схемы от влияния внешней среды, что |С11Ижает точностные характеристики датчика. Наиболее близким к кзобретению по техкичсской сущности является датчик давления, содержащий полупроводниковый чувствительный элемент в виде мембраны с т еизочувствителыюй схемой в виде моста, в котором тепзочувствительная схема с тензорезисторами покрыта, защитным слоем диэлектрика или достигается стабильность параметров чувствительного элемента 2. Однако известный датчик давления отличает ся неодинаковьгми условиями теплоотвода от тепзорезисторов схемы, что обуславливает различие температур между тензорезисторами вну ри схемы, а также между тензорезисторами и чувствительным элементом. Указанные причины, каждая независимо друг от друга, являются источниками температурного дрейфа нуля схемы с соответствующим снижением точности измерения. Кроме того, температурный дрейф нуля у такого датчика обуславливается технологическим разбросом температурного коэффи циента сопротивления резисторов. Цель изобретения - повышение точности из мерений за счет снижения температурной погрешности. Указанная цель достигается тем, что в пол)проводниковом датчике Давления, содержащем установленный в корпусе полупроводниковый чувствительный элемент в виде мембра ны, на одной стороне которой размещена тензочувствительная схема в виде моста тензорезисторов с контактными площадками и слой защитного диэлектрика, нанесенным на тензочувствительную схему, слой защитного диэлектрика покрьтг по меньшей мерю двумя слоями металлических пленок, имеющих форму круга, причем слои выполнены из различного материала и перекрьшают мост тензорезисторов. При этом в датчике на слой пле-. нок по меньшей мере над одним из тензорезисторов может быть нанесен дополнительный металлический слой, перекрывающий площадь, занимаемую тензорезистором. Кроме того, в слоях металлических пленок по меньшей мере над одним из тензорезисторов может быть выполнено углубление, перекрывающее площадь, занимаемую тензорезистором. На фиг. 1 изображен предлагаемый датчик, общий вид; на фиг. 2 - чувствительный элемент, вид сверху. Полупроводниковый датчик давле1шя состоит из корпуса 1, в котором установлен полупроводниковый чувствительный элемент в виде мембраны 2 с тензочувствительной схемой 3 в виде моста тензорезисторов R -R. Между соединениями 4 и контактными площадка ш 5 тензочувствительная схема 3 с тензорезисторами - R/f закрыта слоем защитного диэлектрика 6, например окисью кремния, толидиной 0,8-1 мкм. На слой диэлектрика б методом напыления в вакууме или каким-либо другим способом осаждены и с помощью термической обработки атомарно связаны металлические слои 7, например из хрома и никеля соответственно толпцшой 0,4 и 3 мкм. Припаянные к контактным площадкам токовьшоды В служат для питания мостовой схемы и передачи выходного сигнала. Датчик работает следующим образом. При воздействии давления на мембрану 2 она деформируется, вызьтая изменение сопротивления тензорезисторов R/j- R . Изменение сопротивления тензорезисторов обуславливает появле1ше сигнала на выходе схемы, соответствзтощего измеряемому давле шю. Металлические слои 7, расположенные над тензочувствительной схемой 3, улучшают и симметриPJTOT условия тензоотвода от тензорезисторов, обеспечивая выполнение условия стабильности ля всех тензорезисторов. Д R ) cof%8t, де Д«5; изменениесопротивления тензорезисторов;5б - сопротивление тензорезисторов при j2 - температурный коэффициент изменения сопротивления тензорезисторов;. Фл - температура тензорезисторов в лостом режиме; - температура тензорезисторов в чем режиме. Это позволяет минимизировать температурый дрейф нуля мостовой схемы и тем саым повысить точность измерения. В том случае, когда мост тензорезисторов имеет большую тепловую симметрию и не соблюдается условие () для всех тензорезисторов, в зависимости от условий тепловой симметрии, по крайней мере иад одним из теизорезисторов, например RJ схемы, на металлический слой 7 наносится дополнительный металлический слой 9, например из никеля, толщиной 3-5 мкм, или над одним из тензорезисторов в слое

г2 7 выполняется углубление, перекрьшаюшее шюшадь, занимаемую тензорезистором. Такая конструкция полупроводникового датчика давления позволяет повысить точность измерения давления за обеспече-. НИН условия ull-fioj9(;f7-Tt)«conet для всех тензорезисторов, где основными : переменными величинами (после изготовле ния) являются Ji и 1 .

1ПОЛУПГОВОДНИКОВЫЙ ДАТЧИК ДАВЛЕНИЯ, содержащий установленный в корпусе полупроводниковый чувствительный элемент в виде мембраны, на одной стороне которой размещена тензочувствительная схема в виде моста тензорезисторов с контактными площадками и слой защитного диэлектрика, нанесен-. ный на тензочувствительную схему, от л ичающийся тем, что, с целью повышения точности измерения за счет снижения . температурной погрешности, в нем слой диэлектрика покрыт по меньшей мере двумя слоями металлических пленок, имеющих форму круга, причем слои вьтолнены из различного материала и. перекрывают мост тензорезисторов. 2.Датчик по п. 1, отличающий с я тем, что в нем на наружньш слой пленок по меньшей мере над одним из тензорезисторов нанесен дополнительный металлический слой, перекрьшающий площадь, занимаемую тензорезистором. 3.Датчик по п. I, о т л и ч а ю щ и й§ с я тем, что в слоях металлических пленок « по меньшей мере над одним из тензорезисто(О ров выполнено углубление, перекрьшающее площадь, занимаемую тензорезистором. О Ot) эо S1 4iib -sj