Тензометрический преобразователь давления и способ его изготовления

 

Изобретение относится к измерительной технике и позволяет повысить стойкость устр-ва к агрессивным средам, а также повысить его надежность при эксплуатации. Полупроводниковый кристалл 1 соединен с кольцом 2 из стекла посредством слоя 6 аморфного материала толщиной 0,5 - 5 мкм, нанесенного на изоляционный слой 5. Окна 8 обеспечивают электрический контакт кристалла 1 со слоем 6. При воздействии на кристалл 1 измеряемого давления, вызывающего деформацию его мембранной области, происходит разбаланс мостовой схемы, в которую соединены тензорезистроы 3. 2 с.п. ф-лы, 7 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при конструировании и изготовлении миниатюрных полупроводниковых датчиков давления. Целью изобретения является повышение стойкости к агрессивным средам и повышение надежности при эксплуатации и изготовлении. На фиг.1 и 2 схематично показан датчик в двух проекциях; на фиг.3 -7 -технологическая схема осуществления способа. Тензометрический преобразователь состоит из полупроводникового кристалла 1, изготовленного из кремния, кольца из стекла 2, тензорезисторов 3 и коммутационных областей 4 дырочного типа проводимости, изоляционного слоя 5 диоксида кремния SiO2, слоя полупроводникового материала 6, контактных площадок 7, например, из алюминия, окон 8 под контакт с коммутационными областями, дополнительных окон 9. Преобразователь работает следующим образом. При подаче на полупроводниковый кристалл измеряемого давления или разрежения Рx и эталонного (в частности атмосферного) давления Рэт мембранная область кристалла деформируется, тензорезисторы 3 изменяют свое сопротивление, сигнал разбаланса мостовой схемы, в которую соединены тензорезисторы, поступает через легированные области 4 и окна 8 на контактные площадки 7 и далее через электрические выводы во вторичную аппаратуру. С целью защиты измерительной схемы и обеспечения работы чувствительного элемента в условиях загрязненности и повышенной влажности чувствительный элемент содержит слой полупроводникового материала 6, например амрфного кремния, который одновременно служит в качестве соединительного слоя при соединении кольца из стекла 2 с кристаллом 1. Для обеспечения электрического контакта материала кристалла 1 со слоем полупроводникового материала 6, которые изолированы друг от друга пленкой изоляционного слоя 5, служат дополнительные окна 9. Толщина слоя полупроводникового материала 6 выбирается равной 0,5 -5 мкм из условий получения оптимальных размеров электрического соединения кристалла со стеклом и минимизации остаточных напряжений в кристалле. Способ изготовления тензометрического чувствительного элемента датчика состоит из следующих операций: на исходных полупроводниковых пластинах 10 с двусторонней полировкой и толщиной 300 400 мкм формируют маскирующий слой 11 диоксида кремния (SiO2) толщиной 1 1,2 мкм, который является малой маской при операциях диффузии и фотолитографии. После фотолитографии по SiO2, вскрытия окон под тензорезисторы и коммутационные области и загонки примеси бора в диффузионных печах или в условиях ионного легирования формируют коммутационные области 4 и тензорезисторные области 12. После разгонки примеси (ее активации) нарастает защитный слой 5 SiO2. Далее в слое 5 вскрывают окна 8 под контакт с металлизацией 7 и дополнительные окна 9 под контакт с материалом пластины. На слой 5 напыляют слой 6 полупроводникового материала (кремния). Напыление аморфного кремния производится на установке вакуумного напыления в течение 2 мин 37 с при температуре пластин 200 o C и токе испарителя 400 420 А. После напыления контактных площадок 7 из алюминия планарная сторона пластин закрывается слоем защитного материала, состоящего из двух подслоев, адгезионного 13, например лака, и защитного 17, например компаунда. После формирования профиля и разделения пластин на кристаллы проводят электростатическое соединение кристалла 1 с кольцом из стекла 2 путем одновременного нагрева чувствительного элемента до температуры 300 450 o C и подачи напряжения 1 3 кВ. 2

Формула изобретения

1. Тензометрический преобразователь давления, содержащий кристалл из полупроводникового материала одного типа проводимости с мембранной областью, на которой сформированы другого типа проводимости тензорезисторы и коммутационные участки, соединяющие тензорезисторы в измерительный мост и с металлизированными площадками на периферийной области кристалла, изоляционный слой, покрывающий поверхность кристалла со стороны тензорезисторов и имеющий отверстия над металлизированными площадками, и кольцо из стекла, соединенное с кристаллом по периферийной области со стороны тензорезисторов, отличающийся тем, что, с целью повышения стойкости к агрессивным средам и надежности при эксплуатации, в нем на изоляционном слое под кольцом из стекла выполнены отверстия и нанесен слой аморфного материала кристалла толщиной 0,5 5,0 мкм, покрывающий изоляционный слой с упомянутыми отверстиями до металлизированных площадок, а на слое из аморфного материала закреплено кольцо из стекла. 2. Способ изготовления тензометрического преобразователя давления, заключающийся в формировании на полупроводниковой пластине тензометрической схемы, покрытой изоляционным слоем, разделении пластин на кристаллы, соединении кристалла со стороны тензометрической схемы с кольцом из стекла, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности в эксплуатации и изготовлении, в изоляционном слое под стеклом выполняют отверстия, затем покрывают изоляционный слой с упомянутыми отверстиями слоем аморфного полупроводникового материала толщиной 0,5 5,0 мкм, устанавливают на слой аморфного материала кольцо из стекла и прикладывают электрическое напряжение 1 3 кВ между стеклом и кристаллом при 300 450o С.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7

MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Номер и год публикации бюллетеня: 36-2000

Извещение опубликовано: 27.12.2000        




 

Похожие патенты:

Изобретение относится к приборостроению и позволяет повысить точность измерений давления за счет устранения мультипликативной погрешности и введения режимов измерения пикового давления и контроля источника питания

Изобретение относится к области измерительной техники, в частнэсти к датчикам давления

Изобретение относится к измерительной технике и позволяет повысить точность измерений путем компенсации температурной погрешности

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к интегральным тензопреобразователям,предназначенным для использования в различных областях науки и техники, связанных с измерением давления

Изобретение относится к измерительной технике и позволяет увеличить точность и чувствительность устр-ва

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения.давлений в условиях высоких температур с повьпиенной точностью

Изобретение относится к контрольно измерительной технике и может быть использовано в датчиках для из мерения давлений при работе в условиях действия нестационарных температур

Изобретение относится к приборостроению и позволяет повысить надежность за счет улучшения качества наклейки тензорезисторов

Изобретение относится к измерительной технике и позволяет повысить точность измерений за счет снижения температурной погрешности

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для преобразования механических величин в электрический сигнал Цель дополнительного к авт.свид

Изобретение относится к конструированию и технологии производства чувствительных элементов для датчиков давления, расходомеров и акселореметров

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к микроэлектронным измерительным преобразователям перепада давлений, и может быть использовано для измерения перепада давлений жидких и газообразных сред, например в расходомерах перепада давлений в качестве дифференциального монометра

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, в частности к тензометрическим датчикам давления

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано при разработке малогабаритных полупроводниковых высокочувствительных преобразователей деформации и температур

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для регистрации давления различных сред

Изобретение относится к области измерительной техники и автоматики и может быть использовано в малогабаритных полупроводниковых электромеханических преобразователях разностного давления газообразных или жидких веществ в электрический сигнал

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при измерении давления агрессивных жидких и газообразных сред

Изобретение относится к преобразователям давления в дискретный электрический сигнал и может быть использовано автоматизированных системах управления
Наверх