Малобазный тензотермодатчик
МАЛОБАЗНЫЙ ТЕНЗОТКРМОДАТЧИК, содержащий нитевидный кюнокристалл кремния, на котором сформирован р-п переход с притыкающими к нему участками с проводимостью р-типа и п-типау и три точечных омических контакта, один из которых размещен на участке с провЬдимостью п-типа, а два - -на участке с проводимостью р-типа, отличающийся тем, что, с целью повьшения точности измерений деформации и температуры, участки с проводимостью р-типа и п-типа расположены последовательно по длине монокристалла , каждый из двух крайних омических контактов расположен на монокристалле на расстоянии не менее 10 его диаметров от соответствующего торца, а средний омический контакт расположен на расстоянии от р-п перехода , равном К Уи SP L- 1. SPp SH где In - расстояние.от среднего контакта до р-п перехода; L - расстояние от контакта, расположенного на участке с проводимостью п-типа, до р-п перехода;.S К и К - коэффихдаенты.тенэочувстви (Лтельности на участках с проводимостью р-типа и п-типа; С Ор и 1 - удельная проводимость легиS рованного кремния на участ-, ках с проводимостью р-типа s и п-типа; SP и S. - площади поперечного сечения участков с проводимостью р-типа и п-типа. IND u Oi СО
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОНФЮ
РЕСПУБЛИК
„.SU„„4 5В 6 01 В 7/18 й:» СИдВЕйд ; 1ф .1kTEyn;;, Ту,: „ (ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ к aS TOPCHoW сеаетеъстВм
К Р 1
К р Sn где I
l
9Р и уи1
S aSP
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР
fl0 ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ
I (21) 3402374/25-28 (22) 22.02,82 (46) 23.06.83. Бюл. 9 23 (72) А.М. Дрожжин и A.Ï. Ермаков (71) Воронежский политехнический институт (53) 531.781.2(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР
9 896382 кл. G 7/18 1980.
2. Авторское свидетельство СССР
9 614318, кл. G 01- В 7/18, 1976 (прототип). (54) (57) МАЛОБАЗНЫЙ ТЕНЗОТЕРМОДАТЧИК содержащий нитевидный монокристалл кремния, на котором сформирован р- и переход с примыкающими к нему участками с проводимостью р-типа и п-типа
I и три точечных омических контакта, один из которых размещен на участке с проводимостью n †ти, а два - на участке с проводимостью р-типа, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью повьааения точности измерений деформации и температуры, участки с проводимостью р-типа и n"òèïà расположены последовательно по длине монокристалла, каждый из двух крайних омических контактов расположен на монокристалле на расстоянии не менее
10 его диаметров от соответствующего торца, а средний омический контакт расположен на расстоянии от р- п перехода, равном расстояние от среднего контакта до р-и перехода; расстояние от контакта, рас.положенного на участке с проводимостью n — типа, до р- и перехода;, Я ф коэффициенты,тенэочувствительности на участках с про водимостью р-типа и и-типа; удельная проводимость легированного кремния на участ-, ках с проводимостью р-типа и n — типа; площади поперечного сечения участков с проводимостью р-типа и n — - типа, 1024697
Изобретение относится к измерительной технике, а именно к полупроводниковым датчикам для измерения деформаций и температур.
Известен малобаЪный тенэодатчик, содержащий нитевидный монокристалл кремния и три точечных омических контакта, один из которых расположен в средней части монокристалла, а двана торцах ионокристалла (13.
Однако точность измерения деформа-10 ций этим датчиком ограничена влиянием краевого эффекта, проявляющегося в зоне каждого торца, а измерение температуры таким датчиком вообще невозможно. 15
Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому эффекту является малобаэный тенэодатчик, содержащий нитевидный монокристалл кремния, на котором сформирован р-п переход с примыкающими к нему участками с проводимостью р-типа и и -типа, расположенными один на другом на поверхности монокристалла, и три точечных омичес. — 5 ких контакта, один из которых размещен на участке с,проводимостью и-типа, а два - на участке с проводимостью р-типа 1 2).
Однако известный тензотермодат чик не обеспечивает высокой точности измерения деформации вследствие влияния краевого эффекта, а измерение температуры по сопротивлению р- и перехода происходит с невысокой точностью вследствие наличия чувстви- З5 тельности р-.п перехода к деформации монокристалла.
Цель изобретения - повышение точности измерений деформации и темпе- 40 ратуры.
Эта цель достигается тем, что в малобазном тензотермодатчике, содержащем нитевидный монокристалл кремния, на котором сформирован р- и переход с примыкающими к нему участ45 ками с проводимостью р-типа и n — - типа, и три точечных омических контакта, один нз которых размещен на участке с проводимостью n †- типа, а два - на участке с проводимостью р-тица, участки с проводимостью р-типа и
n — - типа расположены последовательно по длине монокристалла, каждый из двух крайних омических контактов расположен на монокристалле на рас- 55 стоянии не менее 10 его диаметров от, соответствующего торца, а средний омический контакт расположен на расстоянии от p- n перехода, .равном
Км9иS р 3р 5и где 1 - расстояние от среднего конP. такта до р - n перехода; 65
1„- расстояние от контакта, расположенного на участке с проводимостью и --типа, до р- и перехода;
К и К вЂ” коэффициенты тенэочувствир и тельности на участках с проводимостью р-типа и и-типа; р и р - удельная проводимость легии рованного кремния на участках с проводимостью р-типа и и-типа;
;5р и S> - площади поперечного сечения участков с проводимостью р-типа и п-типа.
На чертеже представлен тензотермодатчик, общий вид.
Малобаэный тензотермодатчик содержит нитевидный монокристалл 1 кремния с ориентацией от роста «111>, на котором сформирован р- и переход 2 с. примыкающими к нему участками 3 и 4 с проводимостью соответственно р-типа и п-типа, и три точечных омических контакта 5, 6 и 7, причем контакты 5 и 7 расположены. на расстоянии
1 не менее 10 диаметров монокристалла от соответствующих торцев, а контакт 6 - на расстоянии от р-n перехода, определяемой формулой (1).
Участок 3 имеет проводимость р-ти-. па и коэффициент тенэочувствительности K"«90 до 110. Он образует тензочувствительный элемент датчика. участок
° 4 нитевидного монокристалла 1 крем.ния, заключенный между контактами
6 и 7, образует термочувствительный элемейт. Участки 3 и 4 с различной проводимостью можно получить, например, методом диффузии или при выращивании нитевидных кристаллов. Последний метод позволяет получать ри п-области, имеющие одинковые свойства и нужные размеры одновременно на партии монокристаллов.
Малобазный тенэотермодатчик принципиально возможно изготовить и иэ крупного монокристалла полупроводника, пользуясь существующей технологией, например выпиливанием, шлифовкой, травлением и т.д. Однако дешевле, проще и с лучшими характеристиками можно изготовить полупроводниковые тензотермодатчики иэ нитевидных кристаллов. Это связано с тем, .что нитевидные кристаллы можно получать в процессе роста нужных размеров и форьы, ориентированные в строго определенных кристаллографических направлениях, соответствующих наибольшей тенэочувствительности. Тепловая инерция таких приборов мала л ". л(1-3) 10 с и дает возможность практически безынерционно измерять тем» пературу малых объектов, труднодоступных мест, быстропротекающих процессов.
Малобаэный тензотермодатчик рабо тает следующим образом.
1024697
Составитель. Н. Тимошенко
Редактор В. Лазаренко Техред A .Áàáèíåö - Корректор Г. Решетник
Заказ 4375/34 Тираж 602 Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4;/5
Филиал ППП "Патент", г. ужгород, ул. Проектная, 4
Тензотермодатчик приклеивается к контролируемой детали (не показана).
Для измерения деформации контакты 5 и 6 соединяют со входом канала измерения относительного изменения сопротивления.
Для измерения температуры со входом измерительного канала соединяют контакты 6 и 7, Деформация контролируемой детали передается нитевидному монокристал- 10 лу, наклеенному на ее поверхность.
Однако его деформация неоднородна по длине даже в случае, если деформация контролируемой детали под тензо-термодатчиком однородна. У концов 15 монокристалла 1 имеется слабодеформированная область, в которой изменение сопротивления, обусловленное деформацией, незначительно. В средней части монокристалла 1 имеется однородно деформированная область, в которой изменение сопротивления, обусловленное деформацией, имеет максимальную величину. Благодаря тому,что участок 3 перенесен в однородно деформированную область монокристалЛа 1, увеличивается амплитуда выходного электрического сигнала датчика и повышается точность измерения деформации, а также быстродействие, поскольку базой служит часть длины монокристалла 1. В то же время включение в участок 4, используеьый для измерения температуры, областей с проводимостью р-типа и n †- типа позволяет компенсировать тенэочувствительность одной области тенэочувствйтельностью другой области, имеющей противоположный знак. Выбор соответствующих длин этих областей и позволяет.достичь почти полной компенсации тензочувствительности материала монокристалла 1 при измерении температуры.
Применение предлагаемого малобаэного тензотермодатчика при исследовании процессов нагружения деталей, работающих в широком температурном диапазоне, позволяет получить более достоверные данные об условиях работы этих деталей как при лабораторных экспериментах, так и в условиях промышленной эксплуатации машин и механизмов
