Полупроводниковый датчик давления

 

Изобретение относится к преобразователям давления в дискретный электрический сигнал и может быть использовано автоматизированных системах управления. Цель изобретения - повышение точности измерений, расширение диапазона измерений и упрощение технологии изготовления. Сущность изобретения: в известное устройство вводятся силовые чувствительные резисторы в виде структуры встречно-штырьевых электродов, которые наносятся на полупроводниковую подложку, причем электрод-затвор в данном устройстве выполнен из синтетического проводящего материала, например эластомера. Технологическая операция по нанесению слоя диэлектрика значительно упрощается, так как он наносится сплошным слоем, а не фрагментарно. Изобретение позволяет увеличить точность и диапазон измерений и упростить технологию изготовления. 1 з.п.ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к области элементов систем управления и может быть использовано в качестве преобразователя механического давления в дискретный электрический сигнал.

Известно устройство, содержащее набор встречно-штырьевой конструкции электродов, часть которых параллельно замкнута на проводник, а другая часть замкнута напечатанным резистором /1/.

Недостатком его является ограниченный диапазон применения в том виде, в каком он известен.

Известен преобразователь механического давления в электрический сигнал, содержащий подложку одного типа проводимости, со сформированными в ней диффузионными областями другого вида проводимости, электрод-затвор, слой диэлектрика /2/.

Недостатком этого устройства является его ограниченный диапазон измеряемых давлений, т.к. он определяется размерами тензорезистивного слоя, сравнительно небольшая точность измерений, а также сравнительно невысокая технологичность изготовления.

Цель изобретения - расширение диапазона работы преобразователя давления в дискретный электрический сигнал, увеличение точности измерений, а также повышение уровня технологичности изготовления.

Поставленная цель достигается за счет того, что в полупроводниковый датчик давления, содержащий металлдиэлектрическую полупроводниковую структуру, выполненную в виде полупроводниковой подложки одного типа проводимости со сформированными в ней диффузионными областями другого типа проводимости с электродами истока и стока, электрод-затвор и слой диэлектрика на подложке, введены силовые чувствительные резисторы, выполненные в виде структуры встречно-штырьевых металлизированных электродов, нанесенной на оси диэлектрика, который выполнен сплошным, при этом электрод-затвор выполнен из электропроводящего синтетического материала и установлен с возможностью замыкания встречно-штырьевых электродов при приложении к нему давления.

Электрод-затвор может быть выполнен в виде эластомера.

На фиг. 1 приведено схематичное изображение предлагаемого устройства.

Полупроводниковый датчик давления содержит: полупроводниковую подложку /1/ одного типа проводимости со сформированными в ней диффузионными областями другого типа проводимости истока 2 и стока 3, электроды 4 и 5 истока и стока, слой диэлектрика 6, структуру встречно-штырьевых металлизированных электродов 7, электрод-затвор 8 из электропроводящего синтетического материала, например, из проводящего эластомера /фиг. 2/, вход 9 и выход 10 силовых чувствительных резисторов, канал проводимости 11, нагрузочный резистор 12, балластный резистор 13. К электродам 4 и 5 истока и стока через нагрузочный резистор 12 подключается источник напряжения. Между подложкой 1 и входом 9 приложено напряжение, равное напряжению отсечки, силовые чувствительные резисторы через балластный резистор 13 подключены к источнику напряжения.

В отсутствие приложенного давления электроды 7 встречно-штырьевой структуры не полностью покрывают область канала, т.е. между электродами 4, 5 истока и стока ток не протекает. При приложении давления к электрод-затвору 8 он замыкает пару /несколько пар/ электродов и они электрически шунтируются, в результате чего в подложке под площадью этих электродов образуется канал проводимости, который замыкает канал истока и стока. Ширина канала W /фиг. 3/ зависит от количества замкнутых электродов.

Кроме того, т.к. сопротивление проводящего эластомера зависит от давления /фиг. 4/, то изменяется распределение напряжения в электрод-затворе. Что, в свою очередь, тоже влияет на проводимость в канале.

Данный полупроводниковый датчик может быть использован в преобразователях механического усилия в электрический сигнал. Например, этот датчик можно использовать в датчиках контроля и измерений механической нагрузки элементов конструкций.

Устройство позволяет повысить точность измерений за счет введения современного и более точного чувствительного элемента, повысить уровень технологичности изготовления за счет упрощения операции нанесения диэлектрика, расширить диапазон измерений, т. к. он больше не будет зависеть от размеров чувствительного элемента, диапазон измерений увеличивается за счет того, что элементы расположены по всей измеряемой площади и соединены параллельно.

Формула изобретения

1. Полупроводниковый датчик давления, содержащий металлдиэлектрическую полупроводниковую структуру, выполненную в виде полупроводниковой подложки одного типа проводимости со сформированными в ней диффузионными областями другого типа проводимости с электродами истока и стока, электрод-затвор и слой диэлектрика на подложке, отличающийся тем, что в него введены силовые чувствительные резисторы, выполненные в виде структуры встречно-штырьевых металлизированных электродов, нанесенной на слой диэлектрика, который выполнен сплошным, при этом электрод-затвор выполнен из электропроводящего синтетического материала и установлен с возможностью замыкания встречно-штырьевых электродов при приложении к нему давления.

2. Полупроводниковый датчик давления по п.1, отличающийся тем, что в нем электрод-затвор выполнен в виде эластомера.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4