Способ изготовления полупроводникового тензопреобразователя с раздельными цепями питания и измерения

 

Изобретение относится к тензометрии и может быть использовано для измерения механических деформаций, давления и вибраций. Целью изобретения является улучшение рабочих характеристик тензопреобразователя за счет уменьшения начального выходного сигнала при отсутствии механической нагрузки. На диэлектрической подложке 1 с помощью фотолитографии формируют тензопреобразователь 2 из полупроводникового материала с металлическими токовыми 3,4 и выходными 5,6 контактами. Два токовых контакта сформированы вдоль продольной оси тензопреобразователя, а два выходных контакта расположены на линии, перпендикулярной продольной оси, причем один из выходных контактов (контакт 5) выполняют в виде гребенки. Затем пропускают ток через токовые контакты 3,4 и, разрывая и соединяя единичные элементы гребенки, находят оптимальное положение среднего элемента гребенки, при котором начальный сигнал имеет наименьшее значение. 1 ил.

СООЭ СООЕТСНИХ

РЕСПУБЛИК

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМЪ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ОСУААРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГННТ СССР (21) 4265655/24-10 (22) 22.06.87 (46) 15.07 ° 89. Бюл. И 26 (71) Специальное опытное проектноконструкторское технологическое бюро СО ВАСХНИЛ (72) Е.В.Коэеев и А.П.Бондарь (53) 531.787(088.8) (56) Физика и техника полупроводников. Новосибирск, НЭТИ, 1976, с.47-52. (54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПОЛУПРОВОДHHK0B0I 0 ТЕНЗОПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ С РАЗДЕЛЬНЫМИ ЦЕПЯМИ ПИТАНИЯ И ИЗМЕРЕНИЯ (57) Изобретение относится к тензометрии и может быть использовано для измерения механических деформаций, давления и вибраций. Целью изобретения является улучшение рабочих характеристик тензопреобразователя эа

„.Я0„„1493890 A 1 д11 4 С 01 Ь 9/04

2 счет уменьшения начального выходного сигнала при отсутствии механической нагрузки. На диэлектрической подложке 1 с помощью фотолитографии формируют тензопреобразователь 2 иэ полупроводникового материала с металли". ческими токовыми 3,4 и выходными 5,6 контактами. Два токовых контакта сформированы вдоль продольной оси тензопреобразователя, а два выходных контакта расположены на линии,перпендикулярной продольной оси, причем один из выходных контактов (контакт 5) выполняют в виде геребенкы.

Затем пропускают ток через токовые контакты 3,4 и, разрывая и соединяя единичные элементы гребенки, находят оптимальное положение среднеro элемента гребенки, при котором начальный сигнал имеет наименьшее значение. 1 ил.

1493890

Изобретение относится к теиэометрии и может быть использовано для измерения механических деформаций, давления, ускорения и вибраций в измерительной технике.

Целью изобретения является улучшение рабочих характеристик тенэопреобраэователя эа счет уменьшения начального выходного сигнала при отсутствии механической нагрузки.

На фиг.1 изображен полупроводниковый тензопреобразователь, вид сверху, разрез; на фиг.2 и 3 — ориентационные зависимости сигнала на l5 выходных контактах, расположенных перпендикулярно линиям протекания тока в плоскости (100) и (1!О); на фиг.4 — электрическая блок-схема включения полупроводникового тензо- 20 преобразователя; на фиг.5 — изменение взаимного расположения токовых и выходных контактов.

Полупроводниковый тензопреобразо- 25 ватель (фиг.1) изготавливают следующим образом. На диэлектрической подложке 1, например сапфировой, с помощью фотолитографии формируют тензопреобразователь 2 из полупроводнико- 30 вого материала с металлическими токовыми 3,4 и выходными 5,6 контактами.

В качестве исходной заготовки может быть использована структура "кремнийна сапфире" (КНС).

Продольная ось тензопреобраэователя, проходящая через середины токовых контактов 3,4, ориентирована к главным кристаллографическим осям под определенным углом, например кристалло- 40 графическому направлению f011) в плоскости (100) под углом 22,5 . При другой с риентации продольной оси тенэопребЦразователя выходной сигнал при приложении механической нагрузки 45 будет значительно меньше или вообще отсутствует (фиг.2,3). Токовые контакты 3,4 расположены перпендикуляр но выходным контактам 5,6 (фиг,1).

Они представляют собой металлические площадки, например из алюминия или другого металла, создающего хороший омический контакт к данному полупроводниковому материалу. Кроме того, он должен обладать хорошей адгеэией для присоединения к нему металлических проводников, например, с помощью пайки оловосодержащим припоем. Один иэ контактов, например выходной контакт 5, выполнен в виде гребенки с числом элементов от 3 фо 5 10 .

Нижняя граница 3 обусловлена тем, что необходимо менять расположение контакта по боковой грани полупроводниковой пластины, и число элементов, равное двум, осуществляет грубое перемещение, что практически не дает положительного эффекта.

Верхняя граница 5 10 обусловлена

Э воэможностями технологического оборудования.Изготовление единичных элементов гребенки с геометрическими размерами, меньшими 1-2 мкм, связано с большими трудностями, т.е, необходимо очень сложное и дорогостоящее оборудование для создания фотошаблонов и металлической разводки.

Толщина диэлектрической подложки 1, например сапфировой, определяется толщиной исходной КНС пластины, изготавливаемой промышленностью, и составляет от 0,2 до 0,4 мм.

Затем к токовым контактам 3,4 подключают источник 7 постоянного тока (фиг.4). Выходной сигнал, пропорциональный величине прикладываемой механической нагрузки, должен измеряться вольтметром 8 на выходных контактах 5,6.

При пропускании тока через контакты 3,4 при нулевой механической на— груэке на выходных контактах 5,6 возникает начальный сигнал. Этот сигнал обусловлен либо не перпендикулярным расположением токовых и выходных контактов, либо неоднородностью полупроводникового материала. Это вызывает искривление линий тока, протекающих между токовыми ко„нтактами и, следовательно, приводит к нарушению перпендикулярности их к выходным контактам, В том и другом случае необходимо изменять взаимное расположение контактов. Для- этого изменяют количество единичных элементов гребенки, участвующих в работе тензопреобразователя, для чего разрывают, например, с помощью острого механического приспособления у основания единичные элементы (как показано на фиг.5).

Как видно из фиг.5, изменяется положение середины выходного 5 контакта, выполненного в форме гребенки, а следовательно, угол между линиями, соединяющими середины токовых и выходных контактов. Этот угол влияет на величину начального сигнала: чем

14 он ближе к 90, тем меньше начальный о сигнал. Таким образом, разрывая и соединяя единичные элементы меандра, например, с помощью пайки, находят оптимальное положеш е середины выходного контакта, при котором начальный сигнал по вольтметру 8 имеет наименьшее значение.

В качестве конкретного :римера реализации был изготовлен тензопреобразователь в виде прямоугольника с геометрическими размерами 0,3х4х5 мм .

Чувствительный элемент изготавливался методом планарной технологии из р-типа кремния с удельным сопротнвлепием 0,002 Ом см. Продольная ось тгp. зопреобразователя, вдоль которой сформированы токовые контакты, служащие для пропускания тока питания, ориентирована под углом 22,5 от кристэллографического направляю .. (110j в плоскости (100), а выходные контакты лежат на линии, перпендикулярной продольной оси тензопреобразователя. У тензопреобраэователя были выполнены в виде гребенки, содержащей 3 элемента, один токовый контакт и один выходной. При рабочем токе 5 мА выходной сигнап составлял

130 шЛ, начальный сигнал в зависимости от ьзаимного расположения контактов изменялся в пределах от 5 mV до 0,03 mV.

Зкспериментальные исследования показали, что у изготовленного таким способом полупроводникового тензопреобраэователя примерно в 30100 раз уменьшается начальный -игнал. Это ведет к улучшению рабочих характеристик.:уменьшается возмож93890 ность появления ложного сигнала и отсутствии механической нагрузки; отпадает необходимость постоянно

3 делать поппавку на нэ .;и ьный c;lãíàë

Ъ упрсщается обрабс тк, i.нф рмэпии. Зэ счет возможности пэчительно уменьшать практически :.":бой начал »п,п1 сигнал повыш".åòñí гыход годных иэде10 лий иэ партии. формула и эoбрет -ни я

Способ изготовления полупроводни15 кового тензопреэбразосателя с раэдельными цепями питания и измерения путем фо;>мирования на дизлектричес" кой подложке тензопреобрэзоаателя иэ полупроводникового материал» с ме20 таллическими токовыми и выход.ыми контактами с помошью фотолитогрэфии

) причем двэ токовых контакта сформированы вдоль продольной оси тенэопреобразователя, а два выходных контак25 та расположены на линии, перпендикулярной продольной оси о т л и ч а ю э шийся тем, что, с целью улучшения рабочих характеристик тензопреобразователя эа счет уменьшения llagp чального выходного сигнала при отсутствии механической нагрузки, при формировании тензопреобраэователя хотя бы один из контактов — токовый или выходной — выполняют в виде гре/ бенки, затем пропускают ток через токовые контакты и, разрывая и соединяя единичные элементы гребенки, находят оптимальное положение среднего элемента гребенки, при котором начальный сигнал имеет наименьшее значение.!

493890 (oops

Риа.2

j493890

Фиг. 1

Фикt

Составитель Н.Матрохина °

Техред М.Дидык Корректор А. Коз ориз а

Редактор М.Бандура

Заказ 4094/39 Тираж 789 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. Ужгород, ул. Гагарина, 101