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力敏傳感器是使用最廣泛的一種傳感器,它是檢測(cè)氣體、液體、固體等所有物質(zhì)間作用力能量的總稱(chēng),也包括測(cè)量高于大氣壓的壓力計(jì)以及測(cè)量低于大氣壓的真空計(jì)。
力敏傳感器的種類(lèi)甚多、傳統(tǒng)的測(cè)量方法是利用彈性元件的形變和位移來(lái)表示,但它的體積大、笨重、輸出非線性。隨著微電子技術(shù)的發(fā)展,利用半導(dǎo)體材料的壓阻效應(yīng)和良好的彈性,研制出半導(dǎo)體力敏傳感器,主要有硅壓阻式和電容式兩種,它們具有體積小、重量輕、靈敏度高等優(yōu)點(diǎn),因此半導(dǎo)體力敏傳感器得到廣泛應(yīng)用。當(dāng)對(duì)一塊半導(dǎo)體在某一晶向上施加應(yīng)力時(shí),其電阻率會(huì)產(chǎn)生一定的變化。這種導(dǎo)體電阻率變化和應(yīng)力之間的相互關(guān)系稱(chēng)為半導(dǎo)體壓阻效應(yīng),利用此效應(yīng)制成的力學(xué)量傳感器稱(chēng)為壓阻式力敏傳感器,它有兩種類(lèi)型,一類(lèi)是將半導(dǎo)體應(yīng)變計(jì)粘貼在彈性元件上制成的傳感器,稱(chēng)為粘貼型壓阻式傳感器,另一類(lèi)是在半導(dǎo)體材料的基片上用集成電路工藝制成的擴(kuò)散電阻,使應(yīng)變計(jì)與硅襯底形成同一整體的傳感器,稱(chēng)為擴(kuò)散型壓阻式傳感器。
粘貼型壓阻式力敏傳感器由四只半導(dǎo)體應(yīng)變片接成全橋形式,用粘合劑貼在彈性元件上構(gòu)成,它具有很高的應(yīng)變靈敏系數(shù),一般為20~200,因此輸出高,輸出靈敏度一般為15~0mV/V,但易發(fā)生零點(diǎn)漂移與蠕變,同時(shí)還存在半導(dǎo)體應(yīng)變片和彈性元件熱膨脹所帶來(lái)的溫度漂移等影響。擴(kuò)散型壓阻式力敏傳感器大都采用單晶硅和半導(dǎo)體平面工藝制成的。一般以N 型硅為襯底,采用氧化、擴(kuò)散等工藝將硼原子沿給定的晶向擴(kuò)散到n 型硅襯底材料中,形成P 型擴(kuò)散層。