壓阻式傳感器結構

1.????? 基本工作原理

半導體材料受到應力作用時，其電阻率會發生變化，這種現象稱為壓阻效應。實際上，任何材料都不同程度地呈現壓阻效應，但半導體材料的這種效應特別強。

? ????公式推導

??? 電阻應變效應的分析公式也適用于半導體電阻材料，故仍可用式(9.6)來表達。對于金屬材料來說，比較小，但對于半導體材料，，即因機械變形引起的電阻變化可以忽略，電阻的變化率主要是由引起的，即

(9.9)

由半導體理論可知：

(9.10)

式中?????

?????????? πL—沿某晶向L的壓阻系數；

?????? σ—沿某晶向L的應力；

????????????? E—半導體材料的彈性模量。

則半導體材料的靈敏系數K0為

(9.11)

??? 對于半導體硅，πL=(90～80)×10-11m2/N，E=1.67×1011N/m2，則k0=πLE＝50～100。顯然半導體電阻材料的靈敏系數比金屬絲的要高50～70倍。

?

對于半導體硅，πL=(40～80)×10-11m2/N，E=1.67×1011N/m2，則k0=πLE＝50～100。顯然半導體電阻材料的靈敏系數比金屬絲的要高50～70倍。

?? 最常用的半導體電阻材料有硅和鍺，摻入雜質可形成P型或N型半導體。由于半導體(如單晶硅)是各向異性材料，因此它的壓阻效應不僅與摻雜濃度、溫度和材料類型有關，還與晶向有關(即對晶體的不同方向上施加力時，其電阻的變化方式不同)。

2. 壓阻式傳感器類型與特點

壓阻式傳感器有兩種類型：半導體應變式傳感器、固態壓阻式傳感器。

壓阻式傳感器的特點

壓阻式傳感器的特點

壓阻式傳感器的優點是:

靈敏度非常高，有時傳感器的輸出不需放大可直接用于測量；

? 分辨率高，例如測量壓力時可測出10～20Pa的微壓；

測量元件的有效面積可做得很小，故頻率響應高；

可測量低頻加速度和直線加速度。

最大的缺點是溫度誤差大，故需溫度補償或恒溫條件下使用