Полупроводниковый тензорезистор

 

Использование: измерительная техника, в частности измерение величин деформаций в машиностроении, строительстве, авиации, атомной энергетике. Сущность изобретения: полупроводниковый тензорезистор содержит подложку из полуизолирующего арсенида галлия в виде прямоугольной пластины и тензочувствительную пленку германия толщиной 5·10^-6 м. Подложка имеет ширину, превышающую ее толщину не более чем в два раза, что позволяет повысить точность измерения упругой деформации.

Изобретение относится к измерительной технике и может эффективно использоваться в преобразователях механических величин.

Известен полупроводниковый тензорезистор типа гедистор ГДГ, выполненный в виде прямоугольной пластины, с электрическими выводами, укрепленными на концах пластины и с резистивным покрытием в средней части, не подлежащей креплению [1] Однако этот тензорезистор не обладает требуемой точностью измерения из-за возникновения напряжений в области контактных площадок при изменении температуры, влияния поперечных деформаций на электрическое сопротивление в указанной области, а также из-за возникновения напряжений в слое резинового покрытия при низких температурах.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предложенному тензорезистору является полу- проводниковый тензорезистор, содержащий подложку из полуизолирующего арсенида галлия и тензочувствительный слой из монокристаллической пленки германия [2] Однако и этот тензорезистор не обладает высокой точностью измерений, так как обладает значительной поперечной тензочувствительностью.

Целью изобретения является повышение точности измерений путем исключения поперечной тензочувствительности.

Указанная цель достигается тем, что в полупроводниковом тензорезисторе, выполненном в виде тензочувствительной пленки, снабженной контактными площадками с токовыводами, нанесенной на подложку в виде прямоугольной пластины из изолирующего материала, ширина а подложки и толщина b связаны соотношением 1 < a/b ≅ 2.

Полупроводниковый тензорезистор, выполненный в виде тензочувствительной пленки, нанесенной на изолирующую подложку в виде прямоугольной пластины, представляет собой, например, пленку германия, полученную методом термического испарения германия в вакууме на подложку из арсенида галлия. Пленка снабжена контактными площадками с токовыводами.

Удельное сопротивление подложки из арсенида галлия ρ ≈ 10⁷ Ом ˙ см. Пленка германия изготовлена толщиной 5 ˙ 10^-6 м. Размеры подложки составляли величины: длина l 7,5 ˙ 10^-3 м; ширина а 0,4 ˙ 10^-3 м; толщина b 0,3 ˙ 10^-3 м.

Электрическое сопротивление тензочувствительной пленки R₀ 1948 Ом.

Для градуировки один из тензорезисторов партии, полученной в одном технологическом режиме, монтируется на метрологическую балку посредством связующего, которое наносится со стороны подложки. К метрологической балке прикладывается деформация ε= 1,0 ˙ 10^-3, измеряется изменение величины сопротивления ΔR 65 Ом тензорезистора и рассчитывается коэффициент тензочувствительности при данной температуре kΔR/R₀ε= 33,5.

Затем один из тензорезисторов партии монтируется на исследуемый объект, который приводится в рабочее состояние (напряженно-деформированное) и одновременно измеряется изменение сопротивления тензорезистора ΔR 32 Ом.

Используя полученный при градуировке k 33,5, устанавливаем, что деформация равна ε= ΔR/R₀k 4,86 ˙ 10^-4.

Формула изобретения

ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ ТЕНЗОРЕЗИСТОР, содержащий прямоугольную пластину из изолирующего материала, размещенную на ней тензочувствительную полупроводниковую пленку и контактные площадки с токовыводами, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения, размеры пластины выбраны из соотношения 1 < a/b ≅ 2, где a ширина пластины, м;
b толщина пластины, м.