半导体压力传感器原理，半导体压力传感器结构

很多朋友对半导体压力传感器原理，半导体压力传感器结构不是很了解，每日小编刚好整理了这方面的知识，今天就来带大家一探究竟。

半导体压力传感器原理半导体压力传感器可分为两类。一类是根据半导体PN结(或肖特基结)的I-特性在应力作用下发生变化的原理制成的各种压敏二极管或晶体管。这种压敏元件的性能很不稳定，没有得到很大的发展。另一类是基于半导体压阻效应的传感器，是半导体压力传感器的主要品种。

早期的半导体应变片多是贴在弹性元件上，制成各种应力应变测量仪器。20世纪60年代，随着半导体集成电路技术的发展，出现了以扩散电阻为压阻元件的半导体压力传感器。这种压力传感器结构简单可靠，无相对运动部件，传感器的压敏元件和弹性元件为一体，避免了机械滞后和蠕变，提高了传感器的性能。

半导体半导体的压阻效应有一个与外力有关的特性，即电阻率(用符号表示)随其承受的应力而变化，称为压阻效应。单位应力作用下电阻率的相对变化称为压阻系数，用符号表示。数学上表示为/= 。

其中代表应力。半导体电阻在应力作用下产生的电阻值(R/R)的变化主要由电阻率的变化决定，所以压阻效应的表达式也可以写成R/R=。在外力作用下，半导体晶体中产生一定的应力()和应变()，它们之间的关系由材料的杨氏模量(Y)决定，即Y。

g称为压力传感器的灵敏度因子，代表单位应变下电阻值的相对变化。压阻系数或灵敏度因子是半导体压阻效应的基本物理参数。它们之间的关系，就像应力和应变的关系一样，是由材料的杨氏模量决定的，即g= y。

由于半导体晶体在弹性上的各向异性，杨氏模量和压阻系数随晶体取向而变化。半导体压阻效应的大小也与半导体的电阻率密切相关。电阻率越低，灵敏度系数越小。扩散电阻的压阻效应由扩散电阻的晶向和杂质浓度决定。杂质浓度主要指扩散层的表面杂质浓度。

n型硅片用作半导体压力传感器的衬底。首先，将硅片制成具有一定几何形状的弹性受力部件。在硅片的应力承受部分，沿不同的晶向制作四个P型扩散电阻，然后用这四个电阻构成四臂惠斯通电桥。在外力的作用下，电阻值的变化变成电信号。这种具有压力效应的惠斯通电桥是压力传感器的核心，通常称为压阻电桥(图1)。

压阻式电桥的特点是：电桥四个臂的电阻值相等(均为r0)；电桥相邻臂的压阻效应大小相等，符号相反；电桥四个臂的电阻温度系数相同，始终处于同一温度。图中，R0为室温下无应力时的电阻值；RT是温度变化时电阻温度系数()引起的变化；r是应变引起的电阻变化()；电桥的输出电压为u=I0r=I0 rg(恒流源电桥)。

其中，I0是恒流源电流，e是恒压源电压。压阻桥的输出电压与应变()成正比，与电阻温度系数引起的RT无关，大大降低了传感器的温度漂移。最广泛使用的半导体压力传感器是用于检测流体压力的传感器。它的主要结构是一个完全由单晶硅制成的胶囊(图2)。膜片做成杯状，杯底是承受外力的部分，压力桥做在杯底。

环形基座由相同的硅单晶材料制成，然后将膜片粘合到基座上。这种压力传感器具有灵敏度高、体积小、坚固等优点，已广泛应用于航空、航天、自动化仪表和医疗仪器中。

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