Датчик перемещения

 

Изобретение относится к измерительной технике. Цель - повышение точности измерения линейных перемещений путем уменьшения нелинейности статической характеристики преобразования датчика, выполненного в виде МДП-структуры с поДвижным затвором и примесно-имплантированным каналом в подзатворной области . Глубина канала выбрана в соответствии с математическим выражением, в которое входит отношение напряжения на стоке к. контактной разности потенциалов, а также отношение концентраций донорной и акцепторной примесей в зоне канала и примыкающем к нему обедненном слое. Благодаря этому при перемещении затвора в направлении изменения зазора между ним и подложкой МДП-структуры с выполненными на ее поверхности истоком , каналом и стоком происходит изменение сопротивления канала, пропорциональное изменению этого зазора. 1 ил. (Л

572 .А1

СОЮЗ СОВЕТСКИХ.

СОЦИАЛИСТ ИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (191 (11) (511 4 С 01 В 7/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

Н ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3931338/25-28 (22) 5.07.85 (46) 29.02.88. Бюл. Р 8 (71) Московский авиационный институт им. Серго Орджоникидзе (72) В.Д. Вавилов и В.И. Поздяев (53) 621 .31 7 .39:531 .71(088 .8) (54) ДАТЧИК ПЕРЕМЕЩЕНИЯ (57) Изобретение относится к измерительной технике. Цель — повышение точности измерения линейных перемещений путем уменьшения нели- нейности статической характеристики преобразования датчика, выполненного в виде МДП -структуры с подвижным затвором и примесно-имплантиИзобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения малых линейных перемещений с высокой точностью.

Цель изобретения — повышение точности измерения путем уменьшения нелинейности статической характеристики преобразования линейного перемещения в электрический сигнал.

На чертеже схематически показан датчик перемещения, разрез.

Датчик содержит полупроводниковую подложку 1, выполненную, например, из монокристаллического кремния с проводимостью р-типа, в которой путем легирования соответствующих участков

+ до и-насыщения сформированы исток 2 и сток 3. На некотором расстоянии от подложки установлен затвор 4, изо2 рованным каналом в подзатворной области. Глубина канала выбрана н соответствии с математическим выражением, в которое входит отношение напряжения на стоке к. контактной разности потенциалов, а также отношение концентраций донорной и акцепторной примесей в зоне канала и примыкающем к нему обедненном слое. Благодаря этому при перемещении затвора в направлении изменения зазора между ним и подложкой МДП-структуры с выполненными на ее поверхности истоком, каналом и стоком происходит изменение сопротивления канала, пропорциональное изменению этого зазора. 1 ил. лированный от нее зазором h запол- ненным нейтральным газом (в идеале вакуумированным). Затвор выполнен в виде электрода, закрепленного на поверхности подвижного элемента 5, обращенной к подложке 1, и установлен с возможностью перемещения в направлении изменения зазора между ним и подложкой 1 . В подзатворной зоне нодложки выполнен канал 6 в виде примесно-имплантированной области между истоком 2 и стоком 3 датчика. Канал

6 в полупроводниковой подложке защищен со стороны зазора слоем 7 диэлектрика иэ двуокиси кремния, а с другой стороны отделен от нее обедненным слоем 8, образующим р — и-переход канал — подложка. К истоку 2, затвору 4 и стоку 3 датчика лодклю137757?

Пс где р =

Пк отношение напряжения

U источника 11 напряжения на стоке к контактной разности U потенциалов р — n-ne25 рехода канал — подложка;

Е—

N отношение концентраций

N и Нц донорной и акцепторной примесей соответственно в области р — n-перехода; — относительная диэлеки трическая проницаемость подложки;

E 0 — абсолютная диэлектрическая проницаемость вакуума; е — заряд электрона.

Для получения информации не только 40 о величине перемещения объекта по координате Y в направлении изменения зазора h,, но и знака (направления) этого перемещения датчик может быть выполнен по дифференциальной схеме 45 (не показана) . В дифференциальном исполнении он содержит две подложки со сформированными в каждой из них истоком, каналом и стоком и размещенный между ними общий подвижный элемент (якорь), на обеих поверхностях которого закреплены электродызатворы.

Датчик перемещения работает следующим образом.

При перемещении подвижного затвора 4 по координате Y в направлении изменения зазора h< между ним и подложкой МДП-структуры происходит из50 чены соответственно источники 9-11 напряжений Ц„, U) и Uс, выбором соотношения величйн напряжений которых обеспечивается работа датчика, г едставляющего собой. фактически канальный (металл — диэлектрик — полупроводник) МДП-транзистор с подвижным затвором, в режиме сильной инверсии на пологом участке его вольт- Ip амперной характеристики. Глубина 7 примесно-имплантированного канала

6 датчика выбрана из соотношения менени. подзатворной емкости и сопротивления RK канала 6. Это приводит к соответствующему изменению величины тока, протекающего в цепи сток 3 -- источник П напряжения на стоке и. изменяющегося пропорционально изменению зазора, отделяющего затвор 4 от подложки 1. При включении двух датчиков перемещения, имеющих дифференциальное исполнение по схеме четырехплечего неуравновешенного моста (не показана), и кинематическом соединении их затворов между собой и объектом контроля в измерительной диагонали моста появляется напряжение разбаланса в том случае, когда зазоры между затворами и подложками в каждом датчике неодинаковы. Это обуславливает изменения сопротивлений канала в каждой половине дифференциального датчика, равные по величине, но противоположные по знаку, что позволяет определить по величине и знаку напряжения раэбаланса моста величину и знак контролируемого перемещения.

Благодаря тому, что приращения сопротивления R„ êàíàëà в предлагаемом датчике пропорциональны изменениям зазора между его затвором и подложкой, его характеристика преобразования по перемещению практически линейна, в то время как известный датчик перемещения, выполненный в виде МДП-структуры с подвижным затвором и индуцированным каналом, имеет нелинейность характеристики преобразования, превышающую 30 .

Формула изобретения

Датчик перемещения, содержащий полупроводниковую подложку с выполненным на ней истоком, каналом, отделенным р -и-переходом от подложки, и стоком, изолированный от подложки зазором затвор, выполненный в виде электрода, установленного с возможностью перемещения в направлении изменения зазора между ним и подложкой, и источники напряжений П„,U и U на истоке, затворе и стоке соответственно, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения точности измерения путем уменьшения нелинейности статической характерис тики преобразования, канал выполнен в

l 377572 виде примесно-имплантированной подзатворной области глубиной У„, которая выбрана из соотношения рехода канал — подложкаа и

Nà

У, = ((I++ -1) Составитель С. Скрыпник

Техред Л.Олийнык Корректор О. Ципле

Редактор А. Огар

Заказ 4101

Тираж 683

Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский -комбинат "Патент", г.ужгород, ул. Гагарина, 101

Uñ

0 где Ы = — — отношение напряжения

U источника напряс жения на стоке к контактной разности Uö потенцналов р — п-пе15 отношение концентра ций М и Nääoíîðíoé и акц1пторной примесей соответственно в области р — п-перехода относительная диэлектрическая проницаемость подложки; абсолютная диэлектрическая проницаемость вакуума; заряд злектрона.