Полупроводниковый датчик давления Советский патент 1979 года по МПК H01L29/84 H01C10/10 G01L9/04 

(54) ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ ДАТЧИК ДАВЛЕНИЯ

12 Датчик давления представляет собой параллелепипед, состоящий из полуизолирующей подложки 1, выполненной, например, из арсенида галлия, легированного хромом, периодически чередующихся слоев 2 и 5 GaAsi-xPa-, значения х в которых составляют, например 0,21, и 0,26, с нанесенными на верхний слой металлическими контактами 4 и 5 из сплава индия и олова. Выводными электродами 6 и 7 служит золотой проводник диаметром 50-70 мкм. Размеры полупроводникового элемента составляют 7Х Х0,ЗХО,3 мм, а начальное сопротивление датчика около 1 кОм. Чувствительный элемент датчика изготавливался одним из известных способов. В качестве донорной примеси были использованы элементы VI группы Периодической системы элементов, в частности селен и теллур. Чувствительность к давлению периодической структуры определяется величинами коэффициентов чувствительности каждого слоя -2 и 3 и соотношением их толщин и проводимостей согласно следующей формуле S, + S,A 4 + S,S.4P -Ь S,S,A ДР U2а 1 +А + S,P+S, ЦоU- где Si - чувствительность слоя состава х, Sz - чувствительность слоя состава, А - отношение проводимостей слоев, di(2) - толщины слоев. Коэффициент чувствительности к давлению предлагаемого датчика составляет 1,3 10 . Вариации коэффициента чувствительности определяются формулой I(Sn-s.,Y Scpl/ (fi-i) где 5 ср - среднее значение коэффициента чувствительности в диапазоне температур -78 -fl30°C; Sn - значение коэффициента чувствительности для температуры Т п - число различных температур точек опытов, например, равное 14. Результирующая вариация коэффициента чувствительности не превышает 8,5%. Полупроводниковый датчик давления помещается в камеру давления. Электричеекая схема измерения работает в режиме генератора тока. При приложении гидростатического давления сопротивление датчика растет, соответствующий рост падения напряжения регистрируется цифровым вольтметром. Чувствительность датчика к давлекию определяется выражением. s-- pl6ap- l где Uo - падение напряжения на датчике без давления; AL - приращение напряжения при давлении Р. Датчик давления из периодически чередующихся слоев 2 я 3 GaAsj-j-Px предназначен для измерения давления в диапазоне 10-20000 атм. При измерении давления в десятки атмосфер следует использовать периодическую структуру, в которой значение X лежит в пределах 0,34-0,38, для измерения больших давлений - «структуру с X 0,20-0,30. Чувствительность к давлению при этом составляет (4-1) ilO , а вариации коэффициента чувствительности в диапазоне температур от -70° С до -f 130°С не превышают40%. Предлагаемый датчик давления имеет несомненные преимущества по сравнению с известным из GaSb: расширен диапазон измеряемых температур до +130° С; повышена термостабильность коэффициента чувствительности и его абсолютная величина. По сравнению с датчиком давления из кристаллов GaAsi- -Pa;, у которых изменение коэффициента чувствительности к давлению в диапазоне температур от -27 до + 90°С составляет 20-100%, значительно улучшена температурная стабильность коэффициента чувствительности, вариации коэффициента чувствительности к давлению в диапазоне температур от -70 до +130° С не превышают 10%. Формула изобретения 1. Полупроводниковый датч1ИК давления, содержащий полуизолирующую подложку и нанесенный на нее чувствительный элемент на основе твердого раствора, например GaAsi,vPa:, где х 0,40, выполненный в виде параллелепипеда с двумя контактами, отличающийся тем, что, с целью повышения температурной стабильности коэффициента чувствительности к давлению, чувствительный элемент представляет собой структуру, состоящую по крайней мере из двух типов периодически чередующихся в направлении, перпендикулярном плоскости подложки, слоев GaAsi- Px, при 0,20 .лс 0,40, легированных мелкой донорной примесью до концентрации (2- 7) 10 см, причем в соседних слоях значения X отличаются на 0,02-0,08. 2. Датчик давления по п. 1, отличающийся тем, что отношение толщин соседних слоев лежит в пределах от 1 до 10.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1. Sagar. А. Experimental investagation

of condicition band of Gasb «Physical .Revien, 1960, т. 117, № 1, с. 93-100.

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