Полупроводниковый датчик давления Советский патент 1978 года по МПК H01J29/84 H01C10/10 G01L9/04 

1

Изобретение относится к классу измерительных полупроводниковыхприборов, используемых, в частности, при измерении гидростатического давления.

Известно, что полупроводники со сложной зонной структурой изменяют свое сопротивление, если основной и дополнительный минимуг-ты сближаются под действием гидростатического давлеиия ,

.Известный полупроводниковый датчик давления на основе арсенида галлияэлектронного типа проводимости может использоваться для измерения гидростатического давления до .60000 бар l . Однако таким датчиком невозможно измерить низкое гидростатическое давление (до 200 бар) из-за малой величина коэффициента чувствительности 2, .

Также.иавестен полупроводниковый датчик давления, содержащий полуизолирующую подлох ку и нанесенный на нее полупроводниковый чувствительный элемент на основе твердого раствора, например Qcj4s R , , выполненный в виде параллелепипеда с двумя кон- тактами з. Коэффициент чувствительности к давлению такого датчика

и предельное допустимое давление зависят от энергетического зазора между минимума.-ш, определяемого составом компонент твердого раствора. Например, для коэффициент чувствительности к давлению при комнатной температуре составляет около 3,010 , а предельно допустимое давление 3500 бар. При уменыиенир содержания фосфида Таллия до X 0,25 коэффициент чувствительности к давлению уменьшается до 0,5-10 бар , предельно допустимое давление увеличивается до 14000 бар, а диапазон измеряемых давлений составляет 100 - 14000 бар.

Но такие датчики на основе «

t-x

к D

5, имеют ограниченный диапазон измеряемых давлений.

Цель изобретения - расширение диапазона измеряемых давлений.

Цель достигается тем, что чувствительный элемент полупроводнико вого датчика давления на основе твердого раствора . представляет собой структуру с переменным по длине содержанием компонентов арсенида галлия и фосфида галлия, причем содержание одного из компонентов возрастает от одного контакт к другому.

Содержание фосфида галлия может возрастать монотонно по длине датчика от X 5: 0,01 до х.0,40, либо дискретно по длине датчика от Х 0,01 д X О,4О,причем в соседних слоях значения « отличаются на 0,01-0,10.

того, отнсмшение объемов соседних участков выбрано в пределах от 1 до 10.

На чертеже изображен полупроводниковый датчик:;,, давления.

Он представляет собой параллелепипед, состоящий из полуизолйруквдей подложки 1, выполненной, например, из арсенида галлия, легированного хроМбМ, и слоя 2 твердого раствора с изменяющимся по длине датчика содержанием компонент. На крайние слои чувствительного элемента нанесены контакты 3 и 4, к которым присоединены выводныеЭлектроды .5 и 6.

Чувствительность описаннбго вьвие датчика для случая дискретного изменения компонент определяется формулой:

S. ,,

э п /

s/i.1;-)

где - коэффициент чувствительности к давлению слоя состава 5«Ав.х,-Рх i

- начальное сопротивление i Ч

го слоя.

в случае плавного изменения состава в формуле вместо суммирования по всем слоям нужно произвести интегрирование по длине датчика.

Датчик давления предназначен для измерения гидростатического давления в диапазоне 10 - б000О бар, поскольку в состав чувствительного элемента входят злои йч с х« 0,36-0,39, предназначенные для измерения давлений от 10 до 5000 ба и слоиааА& : Т с ,01-0,20,предназначенные для. измерения давления ,до 60000 бар.

Например, для датчика давления, содержащего четыре слоя с Х°0,01; 0,26;10,29,-| 0,35 при , получаем при 1000 бар ей, бар, при 4000 бар , 10 бар при 8000 бар S 3 3 lO6ap1 при 20000 бар S- 0,1110 бар и пр 0000 бар ,2810 бар.

Поскольку 1 оэффициенЕ, чувствителности датчика давления является

функцией коэффициентов чувствительности и сопротивлений каждого слоя, можно рассчитать и осуществить практическое выполнение структуры с любым законом изменения коэффициента чувствительности от давления.

Получить структуру с изменяющимся .составом компонент арсенида и фосфида галлия по длине образца от одного контакта к другому можно

при эпитаксиальном: наращивании из газовой фазы.

Предлагаемый полупроводниковый датчик давления имеет преимущества по сравнению с датчикаьш давления из(5а Дб и Ga Д,,., Р , поскольку-позволяет измерять давления в более широким диапазоне, а именйб 1060000 бар.

Формула изобретения

1.Полупроводниковый датчик давления, содержащий полуизолирующую

подложку и нанесенный на нее чувствительный элемент на основе твердого раствора, например Qa Ли .j, х выполненнглй в виде параллелепипеда с двумя контактами, отличающ и и с я тем, что, с целью расширения диапазона измеряемых давлений, чувствительный элемент представляет собой структуру с переменным по длине содержанием компонентов арсенида

ггишия и фосфида /галлия, причем содержание одного из компонентой возрастает от одного контакта к другому.

2.Датчик по П.1, о т л и ч а ющ и и с я тем, что содержание фосфида галлия возрастает монотонно по длине датчика от ,01 до ,40.

3.Датчик поп,1, отличающийся тем, что содержание фосфида галлия возрастает дискретно по длине датчика от ,01 ,40, причем в соседних слоях значения х отличаются на 0,01-0,10,

4.Датчик по пп., о т л и ч. аю щ и и с я тем, что отношение

объемоб соседних,слоев лежит в пределах от 1 до 10.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1. М.К-Vas-Qaeiuw arsenide pi-essoi-e Sensor- higrlT tenipei-atures-Hig-ti pressures 1974, T.6, c.237-240.

2. Патент США № 3270562, кл. 73-398, 1966.