Интегральный полупроводниковый преобразователь давления

 

Изобретение может быть использовано для измерения давления с повышенной точностью в расширенном диапазоне температур. Цель достигается тем, что на поверхности упругого элемента 1 со стороны тензорезисторов 4 и на противоположной стороне расположен слой с типом проводимости и величиной концентрации носителей, идентичными типу проводимости и величине концентрации носителей тензорезистров и контактных дорожек. Слой окисла, одинаковый по толщине с планарной стороны чувствительного элемента и со стороны его профиля, воздействует на кристалл в противоположных направлениях, и в итоге компенсируется несбалансированный выходной сигнал. 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) (51)4 G 01 Ь 9/04

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А STOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Сд

К)

М

Ял

К)

С5 ð

Фиг. f

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4396017/24-10 (22) 21. 03.88 (46) 07.12.89. Бюл. Р 45 (72) С.А. Козин и П. Г.Михайлов (53). 531 ° 787 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Р 626374, кл. С 01 L 9/04, 1978. (54) ИНТЕГРАЛЬНЫЙ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ДАВЛЕНИЯ (57) Изобретение может быть использовано для измерения давления с повы шенной точностью в расширенном диапазоне температур. Цель достигается тем, что на поверхности упругого е

2 элемента 1 со стороны тенэорезисторов

4 и на противоположной стороне расположен слой с типом проводимости и величиной концентрации носителей, идентичными типу проводимости и величине концентрации носителей тенэорезисторов и контактных дорожек.

Слой окисла одинаковый по толщине с планарной стороны чувствительного элемента и со стороны его профиля, воздействует на кристалл в противоположных направлениях, и в итоге компенсируется несбалансированный выходной сигнал. 3 ил.

1527526

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к датчикам неэлектрических величин, и может быть использовано при разработке и изготовлении миниатюрных полупроводниковых датчиков давления.

Целью изобретения является повышение точности измерения в расширенном диапазоне температур за счет 10 уменьшения внутренних механических напряжений.

На фиг.1 схематично показано устройство полупроводникового преобразователя, разрез; на фиг.2 — то же,, план со стороны тензосхемы; на фиг.3— узел 1 на фиг.2.

Полупроводниковый преобразователь содержит в своем составе кремниевый упругий элемент 1, представляющий со- 20 бой профилированный с углублением 2 кристалл прямоугольной или круглой формы с утоньшенной активной частью 3, в теле которого сформированы тензорезисторы 4 р-типа, соединенные меж- 25 ду собой и контактными площадками проводящими диффузионными шинами 5 р--.èïà. Тензорезисторы и проводящие шины сформированы термодиффузией или ионным легированием акцепторной 30 примеси, например бора, с последующей ее активацией. При этом формируются диффузионные области с глубиной 6 залегания р-п-перехода hp „,ýàâèñÿщей от температуры и длительности процесса разгонки примеси для термодиффузии, и дозой и энергией для

° 1 ионного легирования. Практически h н находится в пределах 0,5-3 мкм.

Одновременно с тензорезисторами и шинами формируется компенсационная диффузионная область 7, окружающая тензорезисторы и шины. Эта диффузионная область формируется как со стороны тензосхемы, так и со стороны профиля. С планарной стороны ее граница 8, охватывающая

-тензорезисторы и шины, располагается от границы последних на расстоянии

4 . Поверхность кристалла покрыта защитным слоем 9 двуокиси кремния (Si0 ).- На нем we располагаются кон1 тактные площадки 10, чаще всего алюминиевые, и слой SiOe защищает упругий элемент от воздействия измеряемой среды. Расстояние выбирается исходя из следующего: фронт диффузии на краю маски нМеет сферическую форму с радиусом, равным h>„,поэтому легиион,1нная область по одну и другую сторону от маски в сумме расширяется на,-2? „ .Поэтому, чтобы не было смыканий областей 7 и тензорезисторов 4 и проводящих шин 5, расстояние d необходимо выбрать из условря .а ?h

Полупроводниковый преобразователь работает следующим образом.

При воздействии на утоньшенную активную часть 3 упругого элемента 1 измеряемого параметра, в частности давления Р, он деформируется, подвергаются деформации и сформированЮ ные в его теле тензорезисторы 4. Благодаря тензорезисторному эффекту тензорезисторы 4 изменяют свое отношение, а в четырехплечной мостовой схеме, состоящей из включенных в нее двух продольных и двух поперечных тензорезисторов возникает несбалансированный выходной сигнал (токовый или потенциальный), пропорциональный Р1, который передается через шины 5 на контактные площадки 10 и далее на информационную магистраль. Так как ширина диффузионных шин 5 значительно больше, чем ширина тензорезисторов (примерно на порядок), то соответственно меньше и паразитное сопротивление, вносимое ими в общее сопротивление, поэтому влиянием их можно пренебречь. Кроме того, топология чувствительного элемента спроектирована так, что диффузионные шины вносят одинаковое сопротивление в противоположные плечи моста, не влияя на его работу.

В результате присутствия с обеих сторон диффузионных областей, окружающих тензорезисторы,и отсутствия на упругом элементе участков, различакгщихся по своим механо-электрическим характеристикам (модульЮнга,коэффициент терморасширения, температура проведения физико-термических операций и т.д.), в полупроводниковом преобразователе отсутствуют как собственные деформации утоньшенной его части, так и не возникает наведенных механи-. ческих напряжений при эксплуатации чувствительного элемента в широком диапазоне температур. Слой окисла одинаковый по толщине с планарной стороны чувствительного элемента и со стороны его профиля, воздействует на кристалл в противоположных направлениях и в итоге компенсируется. в

Фиг.2

Составитель О.Слюсарев

Редактор И.Горная Техред Л.Сердюкова Корректор М.Шароши

Подписное

Заказ 7503/47 Тираж 789

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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

Формула изобретения

Интегральный полупроводниковый преобразователь давления, содержащий упругий элемент нэ полупроводникового материала одного типа проводимости со сформированными íà его поверхности тензорезнсторами и контактными диффузионными дорожками другого типа проводимости, о т л ич а ю шийсятем, что, с целью повышения точности измерения в расширенном диапазоне температур за счет уменьшения внутренних механических

27526 6 напряжений в упругом элементе, на поверхности упругого элемента со стороны тенэореэисторов и на противо5 положной его стороне расположен введенный слой с типом проводимости и величиной концентрации носителей, идентичными типу проводимости и величине концентрации носителей тенэореэисторов и контактных дорожек, причем указанный слой размещен от тен-. эореэисторов и дорожек с зазором, превышающим удвоенную глубину залегания р-п-перехода.