Интегральный тензопреобразователь

 

Изобретение относится к области измерения механических величин электрическими методами. Целью изобретения является повьшение точности измерения за счет увеличения чувствительности и расширения диапазона измерений. Интегральный тензопреобразователь содержит упругий элемент, выполненный из кремния, на котором методами планарной технологии сформированы т.ензочувствительные МДП-транзисторы 13-16, объедипе п-1ые в мостовую схему преобраз .ования, а также ВДП-транзистор 17 с дополнительными электродами 11 и 12, которые служат для снятия выходного сигнала, МДП-транзистор. 17 истоком 8 и стоком 9 соединен с диагональю питания тензочувствительного моста, затвором 10 - с цепью смещения, а дополнительными электродами 11 и 12 соединен с затворами МДП-транзисторов 13-16. МДП-транзистор 17 является вторым тензочувствительным элементом, расположенньгм в зоне деформации,и его канал ориентирован таким образом, чтобы под С S действием деформации выходной сигнал с дополнительных электродов 11 и 12 был макси шлен. В связи с тем, с: что дополнительные электроды 11 и 12 соединены с затворами МДП-транзисторов 13-16, образующих противофазные половины моста, происходит го увеличение изменения напряжения на сд выходе интегрального тензопреобра зователя , вызванного тензочувстви4 тельностью последних. 4 ил. О О гит. 05

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛ ИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН по4G 01 В 7/16

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

gy;.. ñi. °

lltne

Ю) Мций

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛ*М ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

H ABTOPCHQMV СЗИДЕ ГЕЛЬСТВУ (21) 3934511/25-28 (22) 23.07.85 (46) 23,10.86. Бюл. 1Ф 39 (72) Л,Г.Архарова, В,В.Круглов, В,И.Кальпус и 10.В.Лукашин (53) 531.781.2(088.8) (56) Макаров Б.А. и др.Интегральные тензочувствительные схемы на МДПтранзисторах. — В сб.: Тензометрия-76. Кишинев, 1976, с. 47.

Авторское свидетельство СССР Р 7835?3, кл. (i 01 8 7/16, 1979. (54) ИНТЕГРАЛЬНЫЙ ТЕНЗОПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ (57) Изобретение относится к области измерения механических величин электрическими методами. Целью изобретения является повышение точности измерения за счет увеличения чувствительности и расширения диапазона измерений. Интегральный тензопреобразователь содержит упругий элемент, выполненный из кремния, на котором методами планарной технологии сформированы тензочувствительные МДП-транзисторы 13-16, объеSU 326Ы66 А1 диненные в мостовую схему преобразования, а также МДП-транзистор 17 с дополнительными электродами ll u

12, которые служат для снятия выходного сигнала, МДП-транзистор. 17 истоком 8 и стоком 9 соединен с диагональю питания тензочувствительного моста, затвором 10 — с цепью

-смецения, а дополнительными электродами 11 и 12 соединен с затворами

МДП-транзисторов 13-16. МДП-транзистор 17 является вторым тензочувствительным элементом, расположенным в зоне деформации,и его канал ориентирован таким образом, чтобы под действием деформации выходной сигнал с дополнительных электродов 11 и 12 был максимален. В связи с тем, что дополнительные электроды 11 и

12 соединены с затворами МДП-транзисторов 13-16, образующих противофазные половины моста, происходит увеличение изменения напряжения на выходе интегрального тензопреобра— зователя, вызванного тензочувствительностью последних. 4 ил.

1265466 2

Изобретение относится к изменению механических величин электрическими методами и может быть использовано для измерения деформации.

Целью изобретения является повышение точности измерения за счет увеличения чувствительности и расширения диапазона измерений.

На фиг. 1 представлен интегральный тензопреобразователь, общий вид, на фиг. 2 — топология МДП-транзистора с дополнительными электродами; на фиг. 3 — принципиальная электрическая схема интегрального преобразователя, на фиг. 4 — зависимость выходного сигнала интегрального тензопреобразователя от величины приложенного механического напряжения.

Интегральный тензопреобразователь содержит упругий элемент 1, выполненный из кремния, .область 2, где расположен тензочувствительный иост из четырех МДП-транзисторов, и область 3, где расположен пятый МДПтранзистор с двумя дополнительными электродами, выполняющий функции второго тензочувствительного элемента.

На упругом элементе 1 указана его. линия 4 закрепления, Пятьп МДП-транзистор содержит сильнолегированные области истока 5 и стока 6, проводящий канал 7, электроды 8-10 от истока, стока и затвора соответственно, а также допрлнительные сильнолегированные области с дополнительными электродами 11 и 12. Дополнительные электроды 11 и 12 примыкают к боковым границам проводящего канала 7 NJUI-транзистора, расположены между истоком 5 и стоком 6 строго друг против друга и служат для снятия выходного сигнала, Принципиальная электрическая схема интегрального тензопреобраэователя содержит тензочувствительный мост из МДП-транзисторов 13-16 и

МДП-транзистор 17 с дополнительными электродами 11 и 12, причем МДП" транзистор 17 электродами 8 и 9 соединен с диагональю питания тензочувствительного моста, электродом

10 - с целью смещения, а дополнительными электродами 11 и 12 - с затворами МДП-транзисторов 13-16.

МДП-транзисторы 13-17 на упругом элементе 1 выполняются методами планарной технологии в едином тех5 !

О

55 нологическом цикле (используется для их изготовления стандар)ная KNOIIтехнология) и располагаются на нем в зоне деформации, а именно в областях 2 и 3.

Тензочувствительная схема из МДПтранзисторов 13-17 изготавливается на плоскости кремния с ориентацией (lOA) . Каналы )ЩП-транзисторов 1316 ориентированы вдоль взаимно перпендикулярных направлений типа ))0>.

Такой выбор ориентации каналов делается с целью получения максимальной чувствительности. Размеры каналов определяются заданным выход-.. ным сопротивлением схемы, Остальные размеры соответствуют стандартным требованиям к топологии 1ЩП-транзисторньгх интегральных схем. Плоскость ()AA) удобна тем, что на ней реализуются МДП-транзисторы 13-17 с минимальными пороговыми напряжениями, МДП-транзистор 17 расположен в зоне деформации и его проводящий канал 7 ориентирован таким образом, чтобы под действием деформации выходной сигнал с дополнительных электродов

11 и 12 был максимален.

Выходной сигнал с электродов 1) и 12 того же порядка, что и у тензопреобразователей с мостовой схемой преобразования, а начальный уровень сигнала очень мал и определяется точностью операций фотолитографии и легирования при изготовлении МДПтранзистора 17.

Устройство работает следующим образом.

Под действием деформации токи

МДП-транзисторов 13 и 16 уменьшаются, а токи МДЛ-транзисторов )4 и 15 увеличиваются, поэтому потенциал в средней точке полумоста, образованного МД1-транзисторами 13 и 15, уменьшается, а потенциал в средней точке полумоста, образованного IjgI— транзисторами 14 и 16, увеличивается, т.е, потенциалы в средних точках изменяются противофазно, обеспечивая тем самым большой выходной сигнал. Все транзисторы 13-)6 моста находятся в пологой области ВАХ, что обеспечивает высокую их чувствитель ность к деформации (фиг. 4). Выходной сигнал тензопреобраэователя сильно зависит от напряжения на затворах МДП-транзисторов 13-16, образующих тензочувствительный мост, так з 1265 как он увеличивается с ростом напря- жения на затворах и уменьшается с его уменьшением.

В исходном состоянии (при отсутствии деформации) разность потенциалов между дополнительными электродами ll и 12 равна нулю, а между ними и общим выводом — половине напряжения питания.

Под действием деформации между, !О дополнительными электродами 1) и 12, т.е. на боковых границах проводящего канала 7 ))ДЛ-транзистора 17, возникает разность потенциалов, пропорциональная приложенной деформации. 15

В связи с тем, что дополнительные электроды 11 и 12 соединены с затворами ))ДР-транзисторов )3-16, образующих пративофазные половины моста, происходит увеличение изменения на- 20 пряжения на выходе интегрального тензопреобразователя.

Использование предлагаемого интегрального тензопреобразователя.по сравнению с известным обеспечивает возможность создания интегральных тензопреобразователей с выходным сигналом 4-6 В при деформации 2.10

466 4 и чувствительностью, достигающей

2000 ед,, увеличение чувствительности интегральных тензопреобразователей в 4-6 раэ, расширение диапазона измерения с помощью интегрального тензопреобразователя эа счет увеличения чувствительности, увеличение выхода годных интегральных тенэопреобразователей.

Формула изобретения

ИнтегралЬный тенэогреобразователь, содержащий упругий элемент с расйоложенным на нем тензочувствительным мостом из четырех ИДИ-транзисторов, î T л и ч а ю шийся тем, что, с целью повьппения точности измерения, на упругом элементе расположен пятый МДП-транзистор с двумя дополнительными электродами, исток и сток которого соединены с диагональю питания тензочувотви" тельного моста, затвор соединен с цепью смещения, а два дополнитель" ных электрода соединены с затворами МДП-транзисторов, образующих противофазные половины теизочувствительного моста.

1265466

10 20 Л ЧО р (ц р дд) иг. Ф

Составитель Писаревский

Редактор И.1 1улла Техред Л. Сердюкова Корректор А.Тяско

Заказ 5647/31 Тираж 670 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб,, д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, r, Ужгород, ул, Проектная,4