Преобразователь механического давления в электрический сигнал Советский патент 1982 года по МПК G01L11/00 

(54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ МЕХАНИЧЕСКОГО ДАВЛЕНИЯ В ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ СИГНАЛ

Изобретение относится к измерительным преобразователям, а именно к полупроводниковым приборам, управляемым изменением приложенных механических давлений, усилий.

Известны полупроводниковые преобразователи механических давлений с мелкозалегающими р-п-переходами, в которых механическое воздействие осуществляется иглой в -область р-пперехода.

Такие преобразователи обладают высокой чувствительностью, малыми габаритами и массой, а также позволяют измерять как переменное, так и постоянное механическое воздействие П .

Однако полупроводниковые преобразователи с мелкозалегающими р-п-переходами обладают недостаточно высокой надежностью и малым диапазоном измеряемых механических давлений, так как по мере увеличения чувствительности преобразователя, т.е. уменьшения глубины залегания р-п-перехода и радиуса иглы, резко возрастает возможность прокола р-п-перехода и выхода прибора из строя.

Целью изобретения является повышение надежности пувстритс.пьтогп к

давлению полупроводникового элемента и расширение диапазона измеряемых давлений при сохранении чувствительности, характерной для полупроводниковых структур с мелкозалегагощим р-п-переходом.

Поставленная цель достигается применением магнитодиода в качестве преобразователя механического

10 давления в электрический сигнал.

Применение известного магнитодиода в качестве чувствительного к механическому давлению элемента стало возможным благодаря обнаруженной линей15ной зависимости прямого падения напряжения на образце при заданном значении прямого тока от величины приложенного давления, высокой чувствительности прямой ветви ВАХ (вольтампер20ная характеристика ) магнитодиодов к воздействию давления и хорошей воспроизводимости результатов.

Высокая чувствительность прямой ветви ВАХ магнитодиода к изменению

25 электрофизических параметров базовой области позволяет прикладывать деформирующее давление непосредственно к базе прибора. При этом р-п-переход не подвергается действию дав30ления, что исключает возможность его

прокола. В результате, значительно увеличивается надежность полупроводникового элемента, чувствительного к давлению, расширяется диапазон измеряемых величин. Таким образом, магнитодиод обладает чувствительностью к механическому давлению, и имеет преимущества как преобразователей с мелкозалегающим р-п-переходом, так и преобразователей на полупроводниковых кристаллах.

На фиг. 1 схематически изображен магнитодиод; на фиг. 2 - зависимости изменения прямого падения напряжения на магнитодиоде от величины приложенного механического давления.

На полупроводниковом элементе (магнитодиоде) 1 (фиг. 1) острием установлена игла 2. Магнитодиод соединен с источником 3 тока и измерителем 4 напряжения. Контролируемая сила, действующая на базу магнитодиод а, направлена вдоль оси иглы. На фиг. 1 показаны области магнитодиода с п- и р-типом проводимости.

Изменение прямого падения напряжения на магнитодиоде в вольтах от величины приложенной к игле с радиусом острия 60 мкм силы отложено по оси ординат (фиг. 2),а по оси абсцисс - величина приложенной силы в ньютонах. Приэтом кривая I соответствует значению прямого тока через магнитодиод величиной в 1 мА, а кривая II - току в 3 мА,

Как следует из графиков (фиг. 2), величина приращения прямого падения напряжения линейно зависит от величины приложенной силы. Средняя чувствительность элемента по напряжению составляет около 300 мВ/Н при токе 3 мЛ. Чувствительность увеличивается с ростом значения тока прямого смещения .

5 При этом указанные значения могут быть улучшены выбором точки приложения давления, радиуса иглы, базового полупроводникового материала.

Верхняя граница диапазона давле0 НИИ, измеряемых предлагаемым чувствительным элементом, определяется механическим разрушением базового полупроводника,

Применение магнитодиода в качестве преобразователя механических давлений обеспечивает положительный эффект, заключающийся в повышении надежности полупроводникового прибора, так как его р-п-переход не подвергается разрушающему действию иглы, что позволяет как минимум в 10 раз расширить диапазон измеряемых усилий при сохранении чувствительности, свойственной лучшим полупроводниковым преобразователям с мелкозалегающим р-п-переходом.

Формула изобретения

Применение магнитодиода в качестве преобразователя механического давления в электрический сигнал.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе . 1. Физика электроннодирочных переходов и полупроводниковых приборов. Л., Наука 1969, с. 147-151.

2fl

,i 2,0

1,i 0,8

0,4

57

9 FM

Фиг 2