Чувствительный элемент

 

Чувствительный элемент можно использовать для датчиков давления, силы, расходомеров, акселерометров. Чувствительный элемент содержит мембрану из полупроводникового материала с резисторами на лицевой стороне, основное утолщение из того же материала для заделки края мембраны с тыльной стороны. Чувствительный элемент снабжен дополнительным утолщением для заделки края мембраны с лицевой стороны, выполненным из того же материала. Дополнительное утолщение расположено под тупым углом к поверхности мембраны, а его внутренний край совпадает с краем мембраны с лицевой стороны. 1 з.п.ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к конструированию и технологии производства чувствительных элементов для датчиков давления, расходомеров и акселореметров.

Известен чувствительный элемент для датчиков давления, расходомеров, акселерометров [1].

Чувствительный элемент включает тонкую мембрану, вытравленную в теле полупроводникового материала. На лицевой стороне мембраны формируются резисторы, соединенные по мостовой схеме. Контактные площадки к резисторам и металлизация расположены на утолщениях полупроводникового материала, которое образуется в результате травления и заделывает края мембраны с тыльной стороны.

При воздействии давления на мембрану параметры резисторов изменяются, что приводит к изменению выходного сигнала.

Известный чувствительный элемент обладает следующими недостатками.

а) Механические свойства мембраны существенно зависят от того, с какой стороны мембраны, подается давление. Прочность мембраны значительно выше при приложении давления с лицевой стороны мембраны чем при приложении давления с тыльной стороны [1].

б) При приложении давления с лицевой стороны (когда стремятся реализовать большую прочность мембраны) требуется тщательная ее защита, так как расположенные на лицевой стороне резисторы могут изменять свои свойства под действием влаги, агрессивной среды и т.д.

Наиболее близким к предлагаемому является чувствительный элемент [2], содержащий мембрану из полупроводникового материала с резистором на лицевой стороне, основное утолщение для заделки края мембраны с тыльной стороны, выполненное из того же материала, и контактные площадки к резисторам.

Известный чувствительный элемент обладает следующим недостатком: прочность тонкой мембраны снижена, так как давление подается с тыльной стороны. Анализ указанного недостатка показывает, что возможной причиной его является несимметричная заделка мембраны указанной конструкции: с тыльной стороны край мембраны заделан, а с лицевой стороны заделка отсутствует.

Техническим результатом, на достижение которого направлено изобретение, является увеличение прочности мембраны, при подаче давления с тыльной стороны, точнее выравнивание механических свойств мембраны, т.е. создание такой конструкции чувствительного элемента, у которой механические свойства мембраны не зависят от направления приложения давления.

Указанный результат достигается тем, что в чувствительном элементе, содержащем мембрану из полупроводникового материала с резисторами на лицевой стороне, основное утолщение для заделки края мембраны с тыльной стороны, выполненное из того же материала, и контактные площадки к резисторам, дополнительное утолщение, выполненное из того же материала, расположенное на лицевой стороне между краем мембраны и контактными площадками, дополнительным утолщением выполняют заделку края мембраны с лицевой стороны.

На фиг. 1 показан предлагаемый чувствительный элемент, разрез; на фиг. 2 - то же вид, сверху.

На фиг. 1 и 2 обозначены: 1 - мембрана из полупроводникового материала; 2, 3 - резисторы на лицевой стороне мембраны; 4 - основное утолщение, заделывающее края мембраны с тыльной стороны; 5, 6, 7, 8, 9 - контактные площадки; 10 - дополнительное утолщение; 11 - угол заделки мембраны; 12, 13, 14, 15 - дорожки, симметрично расположенные относительно центра мембраны; 16 - изолирующая пленка SiO₂; 17, 18 - диффузионные дорожки.

Конструкция чувствительного элемента содержит тонкую кремниевую мембрану 1, вытравленную в толще кремниевой пластины, в результате чего образовалось утолщение 4, заделывающее края мембраны с тыльной стороны. На лицевой поверхности мембраны, рядом с ее краями сформированы четыре резистора, которые соединены по мостовой схеме (на фиг. 1 показаны только два резистора 2, 3) и изолированы пленкой SiO₂ 16. Контактные площадки 5, 6, 7, 8, 9 к резисторам расположены на основном утолщении и соединены с резисторами диффузионными дорожками 17, 18, находящимися под изолирующей пленкой SiO₂ 16. На основном утолщении 4 между краем мембраны и контактными площадками сформировано дополнительное утолщение 10 из кремния. Его изготавливают таким образом, чтобы внутренний край дополнительного утолщения совпадал с краем мембраны с лицевой стороны и таким образом осуществлялась заделка края мембраны с лицевой стороны. На фиг. 1 показан тупой угол заделки 11. В дополнительном утолщении 10 выполнены симметрично расположенные относительно центра мембраны дорожки 12, 13, 14, 15, которые позволяют подавать электрический потенциал на дополнительное утолщение, в случае необходимости присоединения к дополнительному утолщению стеклянной крышки для формирования замкнутой полости над лицевой поверхностью мембраны.

Данная конструкция чувствительного элемента позволяет оптимизировать механические свойства мембраны, которые не зависят от того, с какой стороны подается давление.

Кроме того, конструкция позволяет при необходимости формировать замкнутую полость с лицевой стороны мембраны, путем присоединения к дополнительному утолщению стеклянной крышки анодной сваркой. При этом мембрана остается изолированной от электрического напряжения.

Формула изобретения

1. Чувствительный элемент, содержащий мембрану из полупроводникового материала с резисторами на лицевой стороне, основное утолщение для заделки края мембраны с тыльной стороны, выполненное из того же материала, и контактные площадки к резисторам, отличающийся тем, что он снабжен выполненным из того же материала дополнительным утолщением для заделки края мембраны с лицевой стороны, расположенным под тупым углом к поверхности мембраны, причем внутренний край дополнительного утолщения совпадает с краем мембраны с лицевой стороны.

2. Элемент по п.1, отличающийся тем, что в дополнительном утолщении выполнены симметрично расположенные относительно центра мембраны ответвления в виде узких дорожек для технологических целей.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2