Датчик давления Советский патент 1989 года по МПК G01L9/04 

(pusi

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к датчикам давления.

Цель изобретения - повьшение точности путем уменьшения температурного коэффициента сопротивления резистора.

На фиг. 1 показана структура полупроводникового резистора из AlGaSb; на фиг. 2 - рассчитанная зависимость коэффициента качества от состава; на фиг.З - теоретически рассчитанная зависимость температурного коэффициента сопротивления от температуры и экспериментально измеренные значе- ния его для резистора из А,

Резистор из твердого раствора AlxGa xSb получают методом лсидко- фазной зпитаксии (фиг, 1). На подлож- .ке 1 p-GaSb с ориентацией (100) с целью улучшения электрической изоляции рабочего слоя от подложки вьщол- няют слой 2 дырочного ,xSb с содержанием AlSb х 0,3 толщиной 7 мкм. Мышьяк вводят с целью согласо- вания постоянных решетки, подложки и слоя. Далее наравщвают рабочий слой 3 электронного . (А8)тол- щиной 16 мкмо Для изготовления надежных омических Контактов поверх рабо- чего слоя наращивают слой 4 электронного GaSb. Омические контакты 5 формируют вплсшлением навесок олова. Из рабочего слоя Alp j GageiSb (As) с помощью фотолитографии вытравливают рабочий участок тензорезистора в ввде полоски длиной 3 мм и шириной 0,5 ммРезистор из (xSb указанного составй помещают в корпус .(на чертеже не показан), заполненный непроводящей химически неактивной жидкостью, па- пример трансформаторным маслом.

Датчик работает следующим образом

Давление к резистору подводится гидростатически. Его сопротивление, зависящее от давления, измеряется омметром, показания которого являются выходным сигналом датчика.

Резистор выполнен из твердого раствора n-Al,, Sb с содержанием AlSb 0,,45, легированного теллуром до концентрации электронов 1 ..

Требованиями, предъявленными к датчикам давления вообще, и к тен- зорезисторам, в частности, являются высокое значение коэффициента пье- зочувствительности о(в° dR/dp и низкое значение температурного козф

0 5 О

л

,

5

5

фициента сопротивления о R MR/dT, где R -удельное сопротивление резис TOpaJ Р - удельное сопротивление резистора; Р - давление; Т - темпераг- тура. Отношение этих двух характеристик определяет коэффициент качества Q oip/0.Очевидным требованием к датчику давления является необходимость высокого значения Q.

Расчет oij,(x),«г(х) и Q(x) для различных составов твердого раствора ведется через вычисление удельного сопротивления твердого раствора по формуле R е( где п и |U; - соответственно концентрация и подвижность электронов в i-M минимуме зоны проводимости. Концентрации nj вычисляют посредством решения уравнения электронейтральности с использованием известных значений параметров. Зависимость фициента качества от содержания х AlSb в твердом растворе , Sb приведена на фиг. 2. Расчет показал, что в твердом растворе А Sb коэффициент качества может пйчти на порядок величины превьппать значение Q в GaSb. Высокое значение Q в п- -А1 g Sb обусловлено низким значением oi при X 0,4.

Слабая температурная зависимость удельного сопротивления твердого раствора вызвана тем, что в упомянутой области составов в переносе заряда принимают участие электроны, находящиеся одновременно в F, L и X подзонах зоны проводимости. Факторы, которые определяют сильную зависимость от температуры в других полупроводниковых материалах в данном материале взаимно компенсируют друг друга. При этом пьезочувствительиость остается высокой и составляет (0,4) 1 . Ю . Расчеты показьшают также, что уровень легирования п - - AlxGa.)(Sb не должен превьш1ать , так как более сильное легирование ведет к резкому уменьшению коэффициента пьезочувствительно- сти. Нижний предел уровня легирования -1 10 обусловлен технологическими трудностями получения дого раствора с меньшей концентрацией электронов. На фиг, 3 изображена расчетная зависимость температурного коэффициента сопротивления от температуры. Видно, что в интервале температур 220-320 К расчетное значею1е

превьшает З-Ю К , что на порядок ниже значения о в GaSb.

Коэффициент тензочувствительности данного реяистора составляет 1,1л

х1СГ Па

, что примерно в два раза

ниже значенияodpв GaSb. Зависимость

Формула изобретения

температурного коэффициента сопротивления от температуры изображена точками- на фиг. 3. Видно, что в области температур К значения ei, Низки, и приблизительно соответствуют расчетным. В интервале температур Т 220К увеличивается, однако остается в два |5 путем уменьшения температурного коэф- раза ниже, чем у резистора из GaSb. фициента сопротивления резистора, поПрименение в качестве пьезочувст- лупроводниковый резистор выполнен в вительного элемента резистора из твер- виде твердого раствора AlyGa,- Sb дого раствора AlyGa, Sb с составом при условии 0,35 ; х 0,45, легирован- 0,,45, легированного теллуром 20 ного теллуром до концентрации электДатчшс давления, содержащий кор- 0 пус, заполненный неэлектропроводной химически нейтральной жидкостью, и размещенный в нем полупроводниковый резистор, о тл ича ющий с я тем, что, с целью повышения точности

до уровня 1 CM S , прзворонов

. 5 .

fifVПа

Ю

5,

10

Г7

.лит создавать термостабильные датчики давления простые по конструкции, не требующие дополнительньЬс мер к стабилизации температуры.

Формула изобретения

путем уменьшения температурного коэф- фициента сопротивления резистора, поДатчшс давления, содержащий кор- пус, заполненный неэлектропроводной химически нейтральной жидкостью, и размещенный в нем полупроводниковый резистор, о тл ича ющий с я тем, что, с целью повышения точности

лупроводниковый резистор виде твердого раствора A при условии 0,35 ; х 0,4 ного теллуром до концент

ронов

. 5 .

Лг/

4-Ш

Z W

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения высоких давлений жидкостей и газов. Целью изобретения является повышение точности путем уменьшения температурного сопротивления пьезорезистора. Пьезорезистор сформирован эпитаксиальным методом в виде монокристаллического слоя 3 твердого раствора AL_XGA_1-XSB на электроизолирующей подложке 2, при этом 0,35≤X≤0,45, и произведено легирование теллуром до концентрации электронов (1...5)^.10²³ м^-3. Давление к пьезорезистору подводится гидростатически. Повышение точности достигается за счет выбора состава твердого раствора в указанных пределах, при этом уменьшается температурный коэффициент сопротивления α_т примерно на порядок по сравнению с чистым GASB, а пьезочувствительность α_р остается неизменной. В результате улучшается качество пьезорезистора Q=Α_P/Α_T, что позволяет создавать термостабильные датчики давления. 3 ил.

0,0 0,2 0,4 Фаг.2