Датчик давления

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при конструировании полупроводниковых датчиков давления. Целью изобретения является повышение точности , стабильности и расширение диапазона рабочих температур. Дпя достижения цели между полупроводниковой мембраной 2 и полупроводниковым корпусом 8 размещены слой дизлектрика 5, поликристаллический слой полупроводника 6 и слой стекла 7, равный по толщине слою полупроводника 6. Из-за этого различие в термических коэффициентах линейного расширения стекла и полупроводника сказывается минимально. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЯИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)4 С 01 1. 9/04

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1111

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4283132/24-10, (22) 13.07.87 (46) 07.03.89. Бюл. У 9 (?2) А.В.Саблин и А.А.Редкин (53) 731.585 (088.8) (56) Патент США Ф 4295115, кл. G 01 L 9/06, 1981 .

Патент США Ф 4202217, кл. G 01 L 9/06, 1980 ° (54) дАтЧИК дАВлЕНия (57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при конструировании полупро„.SU,» 464055 А1 водниковых датчиков давления. Целью изобретения является повышение точности, стабильности и расширение диапазона рабочих температур. Для достижения цели между полупроводниковой мембраной 2 и полупроводниковым корпусом 8 размещены слой диэлектрика

5, поликристаллический слой полупроводника 6 и слой стекла 7, равный по толщине слою полупроводника 6.

Из-за этого различие в термических коэффициентах линейного расширения стекла и полупроводника сказывается

-минимально. 1 ил.

1464055

Изобретение относится к измерительной технике и может быть исполь зовано при конструировании полупроводниковых датчиков давления.

Целью изобретения является повышение точности, стабильности и расширение диапазона рабочих температур.

На чертеже показан предлагаемый датчик. 10

Датчик давления содержит мембрану, состоящую из тонкой рабочей части 1 иэ полуцроводника и массивного опор,ного кольца 2 тензосхему 3, сформированную на рабочей части мембраны, 15 контактные площадки 4. По периферии мембраны на опорном кольце нанесен слой 5 диэлектрика, на который, в ( свою очередь, нанесен поликристалли: ческий слой 6 полупроводника, соеди- 20 ненный через слой 7 стекла с корпусом 8 датчика, выполненного из того же полупроводника, что и мембрана. Для соединения с остальными элементами конструкции. датчика предусмотрен 25 фланец 9 с контактными выводами 10, вплавленными через изолятор 11. К выводам 10 присоединены тонкие проводники 12. Присоединение кремниевого корпуса 8 осуществляется через стек- 30 ло 13, вплавленное во фланец 9. Давление в замембранную полость подается через штуцер 14. Полупроводнико вая мембрана 1 обычно выполняется из

I кремния и формируется известными методами, например анизотропным . травлением, из массивной подложки, часть которой после разрезки образует опорное кольцо 2. Методами диффузии или ионной имплантации на 40 мембране формируется тензосхема 3, выводы которой осуществляются через контактные площадки 4. При этом соединение между тензорезисторами и контактными площадками 4 осуществляется сильнолегированными слоями кремния, находящимися заподлицо с поверхностью мембраны. На опорном кольце 2 формируется диэлектрический слой 5 двуокиси кремния, при этом ему придается форма, соответствующая форме корпуса 8, обычно в виде кольца. На диэлектрический слой 5 напыляется слой 6 кремния, он имеет поликристаллическую структуру. Корпус 8 вырезается, например, на ультразвуковых станках из кремния того же типа, что и мембрана. Торцевые поверхности корпуса 8 шлифуются и полируются до 14 класса и после этого соединяются электростатическим (анодным) методом со слоем 7. Стекло для слоя 7 выбирается с возможность близким по отношению кремния температурным коэффициентом линейного расширения (ТКЛР).

После соединения слоя 7 стекла и корпуса 8 стекло шлифуется и полируется до толщины, равной толщине слоя 6 кремния. Обычно толщина должна составлять 1-2 мкм. Возможен и другой метод нанесения стеклянного слоя 7 путем напыления. Фланец 9 предназначен для установки сборки датчика в защитный кожух. Он изготавливается из ковара, в него вплавливаются через стекло 13 электрические выводы 10 и стеклянная шайба 13 из стекла, например, марки С35-1. ПоверхHQcTb стеклянной шайбы 13 шлифуется и полируется до 14 класса и соединяется электростатическим (анодным) методом с корпусом 8.

Возможно выполнение соединения мембраны и фланца 9 с корпусом 8 одновременно. Измеряемое давление подается на мембрану и вызывает ее прогиб, что приводит к появлению выходного сигнала. Со стороны штуцера

14 подается противодавление или поступает атмосферное давление. Изменение температуры окружающей среды приводит к изменению сопротивлений тензорезисторов. Вследствие различия их температурных коэффициентов сопротивления, наличия остаточных мозанических напряжений в мембране, возникших в процессе изготовления, а также влияния на эти напряжения присоединенного корпуса 8 начальный .разбаланс изменяется при изменении температуры. Основная причина такого изменения заключается в различии

ТКЛР материала мембраны и материала корпуса 8. Вследствие большого момента сопротивления W» úðóá÷àòoãо корпуса.8 изменение его линейных размеров вследствие температурного расширения приводит к деформации мембраны и изменениям начального разбаланса датчика. Выполнение корпуса 8 иэ того же материала, что и мембрана, полностью исключает появ- . ление температурных деформаций в мембране, наличие слоев 5-7 не изменяет момент сопротивления Wy корСоставитель О.Полев

Техред Ц.Дидь!к Корректор С.Черни

Редактор Н.Лазаренко

Заказ 817/46 Тираж 788 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r.Óëòîðîä, ул. Гагарина,101 з 1464055

4 пуса 8 из.-за их незначительной тол- с тензопреобраэователем опорное

1 1 щины. кольцо с диэлектрическим слоем и на-

В предлагаемом полупроводниковом несенным на него слоем полупроводнидатчике давления улучшаются техничес- ка соединенным с корпусом о т л и5

1 кие характеристики, а именно точность ч а ю шийся тем, что, с целью измерения в 10-15 раз, температурная повышения точности, стабильности и стабильность начального раэбаланса расширения диапазона рабочих темперав 10 раз, а также расширяется диапа- тур в него введен слой стекла, равзон рабочих температур датчика в 2 1п ный по толщине слою полупроводника раза. и размещенный между слоем полупроФ о р м у л а и з о б р е т е н и я водника и корпусом, при этом корпус

Датчик давления, содержащий мемб- выполнен из того же полупроводникорану из полупроводникового материала вого материала, что и мембрана.