Датчик давления

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения высоких давлений жидкостей и газов. Целью изобретения является повышение точности путем уменьшения температурного сопротивления пьезорезистора. Пьезорезистор сформирован эпитаксиальным методом в виде монокристаллического слоя 3 твердого раствора AL<SB POS="POST">X</SB>GA<SB POS="POST">1-X</SB>SB на электроизолирующей подложке 2, при этом 0,35≤X≤0,45, и произведено легирование теллуром до концентрации электронов (1...5)<SP POS="POST">.</SP>10<SP POS="POST">23</SP> м<SP POS="POST">-3</SP>. Давление к пьезорезистору подводится гидростатически. Повышение точности достигается за счет выбора состава твердого раствора в указанных пределах, при этом уменьшается температурный коэффициент сопротивления α<SB POS="POST">т</SB> примерно на порядок по сравнению с чистым GASB, а пьезочувствительность α<SB POS="POST">р</SB> остается неизменной. В результате улучшается качество пьезорезистора Q=Α<SB POS="POST">P</SB>/Α<SB POS="POST">T</SB>, что позволяет создавать термостабильные датчики давления. 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТ ИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

А1 (19) (111 (511 ф G 01 L 9/04

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГННТ СССР (21) 4382167/24-10 .(22) 22.02.88 (46) 15.11.89. Бюл. Р 42 (?1) Сибирский физико-технический институт им. В.Д. Кузнецова при Томском государственном университете

«им. В.В. Куйбышева

;(72) В.П.Гермогенов, В.И.Диамант., Н.П.Криворотов, Я.И.Отман и В.А.Позо" лотин (53) 531. 7. 87 (08&. 8) (56) Иарьямова И.И., Сыдир Б.И., Екимов Ю.С. О применении нитевидных кристаллов антимонида галлия для создания датчиков больших давлений.

Иатериалы ТТ1 Всесоюзной конференции

"Нитевидные кристаллы для новой техники. - Воронеж, 1979, с. 134-136.

Авторское .свидетельство СССР

9 433634, кл. G 01 L 9/04, 1977. (54) ДАТЧИК ДАВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения высоких давле2 ний жидкостей и газов. Целью изобретения является повышение точности путем уменьшения температурного сопротивления пьезорезистора.,Пьезорезистор сформирован эпитаксиальным методом в виде монокристаллического слоя 3 твердого раствора Al„Gaq xSb на электроизолирующей подложке 2, при этом 0,35< х -0,45, и произведено легирование теллуром до концентрации электронов (1... 5) 10 м .

Давление к пьезорезистору подводится гидростатически. Повышение точности достигается эа счет выбора состава твердого раствора в. указанных пределах, при этом уменьшается температурный коэффициент сопротивления (С. примерно на порядок по сравнению с чистым GaSb, а ньезочувствитель" ность ес< остается неизменной. В результате улучшается качество пьеэорезистора g =Ыр/Ы, что позволяет создавать термостабильные датчики давления. 3 ил.

1522056

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к датчикам давления.

Цель изобретения — повышение точности путем уменьшения температурного

5 коэффициента сопротивления резистора.

На фиг. 1 показана структура полупроводникового резистора из A1GaSb; на фиг. 2 — рассчитанная зависимость коэффициента качества от состава; на фиг.3 - теоретически рассчитанная зависимость температурного коэффициента сопротивления от температуры и экспериментально измеренные значения его для резистора из Alp»Са <>Sb.

Резистор из твердого раствора

А1 Са Sb получают методом жидкофазной эпитаксии (фиг.. 1). На подлож.ке 1 р-GaSb с ориентацией .{100) с целью улучшения электрической изоляции рабочего слоя от подложки выполняют слой 2 дырочного Al Ga „ Sb c содержанием А1БЬ х 0,3 толщиной.

7 мкм.. Мышьяк вводят с. целью согласо- 25 вания постоянных решетки, подложки и слоя. Далее наращивают рабочий слой

3 электронного Alp>>Gap s>Sb (Аз)толщиной 16 мкм. Для изготовления надежных омических контактов поверх рабо- 30 чего слоя наращивают слой 4 электронного СаБЬ. Омическйе контакты 5 формируют вплавлением иавесок олова. Из рабочего слоя Alp GapgqSb (As) с помощью фотолитографии вытравливают рабочий участок тензорезистора в виде

35 полоски длиной 3 мм и шириной 0,5 мм.

Резистор ms Al Ga

Датчик работает следующим образом.

Давление к резистору подводится гидростатичйски. Его сопротивление, зависящее от давления, измеряется омметром, показания которого являются выходным сигналом датчика, Резистор выполнен из твердого раствора п-Al„Ga, > Sb с содержанием

А1$Ь 0,35» х 0,45, легированного

50 теллуром до концентрации электронов

1 10 5 10 см з .

Требованиями, предъявленными к датчикам давления вообще, и к тензорезисторам, в частности, являются высокое значение коэффициента пьезочувствительности о(" К dR/dp u

Г низкое значение температурного коэффициента сопротивления Ф = Е dR/dT где К -удельное сопротивление резистора, P — удельное сопротивление резистора; P — давление; Т - темпера-. тура. Отношение этих двух характеристик определяет коэффициент качества Q = о /Ы, Очевидным требованием к датчику давления является необходимость высокого значения Q.

Расчет oLp(x), Ы -(х) и Q(x) для различных составов твердого раствора ведется через вычисление удельного сопротивления твердого раствора по формуле К =pa(p и,. + 1р +pÄn„)J, где и; и р; — соответственно концентрация и подвижность электронов в

i-м минимуме эоны проводимости. Концентрации и, вычисляют посредством решения уравнения электронейтральности с использованием известных зна-, чений параметров. Зависимость коэф фициента качества от содержания х

A1Sb в твердом растворе и-Аl„Са „ Sb приведена на фиг. 2. Расчет показал, что в твердом растворе Аl Са БЪ коэффициент качества может почти на порядок величины превьппать значение

Ч 8 GaSb. Высокое значение Q a п-А1 у Gap,6.$Ь обусловлено низким значением ol> при х = 0,4.

Слабая температурная зависимость удельного сопротивления твердого раствора вызвана тем, что в упомянутой области составов в переносе заряда принимают участие электроны, находящиеся одновременно в F, Ь и Х подзонах зоны проводимости. Факторы, которые определяют сильную зависимость от температуры в других полупроводниковых материалах в данном материале взаимно компенсируют друг друга. При этом пьезочувствительность остается высокой и составляет g (0,4)

= 1 10 Па 1 ° Расчеты показывают также, что уровень легирования и— A1 Ga„.>Sb не должен превьппать

5 10 7 см, так как более сильное легирование ведет к резкому уменьшению коэффициента пьезочувствительности. Нижний предел уровня легирования -1 10 - см обусловлен техноло l5 гическими трудностями получения твердого раствора с меньшей концейтрацией электронов. На фиг. 3 изображена расчетная зависимость температурного коэффициента сопротивления от температуры. Видно, что в интервале температур 220-320 К расчетное значение

Формула изобретения

2 6

Х!

Составитель А. Зосимов

Редактор:Л.Пчолинская Техред И.Дидык Корректор Т. Малец

Заказ 6949/38 Тираж 789 Подписное

Ъ

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

f13035, Москва, Ж-35 ° Раушская наб., д. 4/5 .

Производственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул. Гагарина,101

5 15220 .„не превышает 3 ° !0 4 К, что на порядок ниже значения о в GaSb.

Коэффициент тензочувствительности данного резистора составляет 1,1" к10 Па, что примерно в два раза ниже значения с в GaSb. Зависимость температурного коэффициента сопротивления от температуры изображена точками на фиг. 3. Видно, что в области температур 180 Т 220 К значения g низки, 2-10 К и приблизительно соответствуют расчетным.

В интервале температур T 220К М,„увеличивается, однако остается в два раза ниже, чем у резистора из GaSb.

Применение в качестве пьезочувствительного элемента резистора из твердого раствора AlxGa,„ Sb с составом

0,35й х и 0,45, легированного .теллуром 20 до уровня 1 ° 10 — 5 * 10 см, поэвоES, 47

56 6 ,лнт создавать термостабипьные датчикидавления простые по конструкции, не требующие дополнительных мер к стабилизации температуры.

Датчик давления, содержащий корпус, заполненный незлектропроводной химически. нейтральной жидкостью, и размещенный в нем полупроводниковый резистор, отличающийся тем, что, с целью повышения точности путем уменьшения температурного коэффициента сопротивления резистора, полупроводниковый резистор выполнен в виде твердого раствора AlxGa q Sb при условии 0,35 к 0,45, легированного теллуром до концентрации электронов, 1 10 - 5 10 м .