Qual é o princípio do sensor de pressão?
Os sensores de pressão de semicondutores podem ser divididos em duas categorias, uma é baseada no princípio básico de que a junção PN do semicondutor (ou junção Schottky) muda nas características I-υ sob estresse. As características deste tipo de componentes sensíveis à pressão são muito instáveis e não foram muito desenvolvidas. O outro é o sensor formado com base no efeito piezoresistivo semicondutor, que é o principal tipo de sensor de pressão semicondutor. No início, a maioria dos medidores de tensão de resistência de semicondutores eram colados nos elementos elásticos para fazer vários instrumentos de teste de tensão e deformação. Na década de 1960, junto com o desenvolvimento tecnológico de chips de circuitos integrados semicondutores, surgiram sensores de pressão semicondutores com resistores de difusão como componentes piezoresistivos. Este tipo de sensor de pressão possui uma estrutura simples e confiável. Não há componentes móveis relativos. O elemento sensível à pressão e o elemento elástico do sensor são integrados, o que elimina o atraso do equipamento mecânico e o relaxamento de tensões, e melhora as características do sensor.
O efeito piezoresistivo dos semicondutores Os semicondutores possuem uma característica relacionada a forças externas, ou seja, a resistividade (indicada pela marca ρ) muda com a força do solo, o que é denominado efeito piezoresistivo. A mudança relativa da resistividade sob a ação da tensão de solo unitária é chamada de coeficiente piezoresistivo e é representada pela marca π. Expresso na fórmula matemática como 墹 ρ / ρ=πσ
Na fórmula, σ representa a tensão. A mudança no valor da resistência (R / R) que um resistor semicondutor precisa causar quando submetido a estresse é determinada pela mudança na resistência, então a equação relacional acima para o efeito piezoresistivo também pode ser escrita como R / R=πσ
Sob a ação de forças externas, certas tensões de solo (σ) e deformações (ε) são causadas no cristal semicondutor. A relação interna entre eles é determinada pelo módulo de Young' s (Y) da matéria-prima, ou seja, Y=σ / ε
Se o efeito piezoresistivo é expresso em termos da deformação que o semicondutor pode suportar, então R / R=Gε
G é chamado de fator de sensibilidade do sensor de pressão, que representa a mudança relativa na resistência causada pela deformação da unidade.
O índice piezoresistivo ou fator de destreza é o parâmetro físico fundamental do efeito piezoresistivo semicondutor. A relação entre eles é a mesma que a relação entre tensão no solo e deformação, que é determinada pelo módulo de Young' s da matéria-prima, ou seja, G=πY
Como os cristais semicondutores são anisotrópicos em elasticidade, o módulo de Young' s e o coeficiente piezoresistivo mudam com a orientação do cristal. O tamanho do efeito piezoresistivo do semicondutor também está intimamente relacionado à resistência do semicondutor. Quanto menor for a resistência, menor será o valor do fator de sensibilidade. O efeito piezoresistivo do resistor de difusão é determinado pela tendência de cristalização e concentração de impurezas do resistor de difusão. A concentração de impurezas chave refere-se à concentração de impurezas na superfície da camada de difusão.
