Интегральный преобразователь деформации и температуры

 

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано при разработке малогабаритных полупроводниковых высокочувствительных преобразователей деформации и температур. Интегральный преобразователь деформации и температуры содержит кремниевый кристалл с тензорезисторами и терморезистором. Терморезистор размещен в плоскости тензорезисторов над отверстием, сформированным в теле кристалла вне тензорезисторов, и закреплен на кристалле с помощью электропроводящих коммутационных металлических шин в виде плоских пружин. Изобретение повышает точность измерений температуры за счет исключения изменения сопротивления терморезистора от деформации преобразователя и точность измерений деформации за счет температурной компенсации. 2 ил.

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано при разработке малогабаритных полупроводниковых высокочувствительных преобразователей деформации и температуры.

Известен полупроводниковый преобразователь давления, содержащий профилированный кремниевый кристалл с тензорезисторами, расположенными на мембране, и терморезистором, расположенным вне профиля (пат. США N 4530244, кл. G 01 L 9/06).

Недостатком данного преобразователя при его использовании для измерения деформаций является низкая точность измерений температуры, обусловленная изменениями сопротивления терморезистора от воздействия деформации.

Наиболее близким к предлагаемому решению по технической сущности является интегральный преобразователь давления, содержащий кремниевый кристалл с тензорезисторами и терморезистором, который выполнен из двух одинаковых взаимноперпендикулярных полосок и расположен на чувствительной мембране (а. с. N 1425487, кл. G 01 L 9/04).

Недостатком известного устройства является наличие погрешностей измерений за счет влияния на терморезистор деформаций различной величины, воздействующих на части терморезистора и обусловленных погрешностями совмещения терморезистора относительно мембраны.

В предлагаемом техническом решении достигается повышение точности измерений температуры за счет исключения изменения сопротивления терморезистора от деформации преобразователя и точности измерений деформации за счет температурной компенсации.

Терморезистор, используемый для измерения температуры или для температурной компенсации, размещен в плоскости терморезисторов над отверстием, сформированным в теле кристалла вне тензорезисторов, и закреплен на кристалле с помощью электропроводящих коммутационных металлических шин в виде плоских пружин.

Предлагаемое устройство поясняется фиг. 1 и 2.

На фиг. 1 изображен преобразователь деформации в виде кремниевого кристалла (1) со сформированными в нем тензорезисторами (2) с контактными площадками (3) и содержащего терморезистор (4), который находится в плоскости тензорезисторов над отверстием (5) и закреплен с телом кристалла с помощью металлических шин (6) в виде плоских пружин. На фиг. 2 изображен преобразователь деформации (в разрезе).

Принцип работы преобразователя заключается в следующем: деформация измеряемого объекта предается на закрепленный на нем кристалл преобразователя и воздействует на тензорезисторы, изменяя их сопротивления. При этом на терморезистор, находящийся на кристалле в подвешенном состоянии на пружинах, деформация не действует, и он не изменяет свое сопротивление. В то же время, в связи с тем, что терморезистор находится в непосредственной близости к тензорезисторам, он используется для температурной компенсации преобразователя.

Изобретение поясняется примером.

Кремниевый кристалл с "n"-типом проводимости толщиной 0,3 мм содержит четыре тензорезистора с "p"-типом проводимости, выполненные локальным легированием бора с концентрацией 5·10¹⁹см^-3 в теле кристалла, и терморезистор с "p"-типом проводимости, выполненный легированием бора с концентрацией 10¹⁷см^-3. Терморезистор размещен на участке кристалла толщиной 0,05-0,08 мм закрепленным с основным кристаллом коммутационными металлическими пружинами из меди толщиной 0,02-0,03 мм.

Участок кристалла с терморезистором и пружины формируются методами электрохимического наращивания меди и прецизионного травления кремния.

Формула изобретения

Интегральный преобразователь деформации и температуры, содержащий кремниевый кристалл с тензорезисторами и терморезистором, отличающийся тем, что терморезистор размещен в плоскости тензорезисторов над отверстием, сформированным в теле кристалла вне тензорезисторов, и закреплен на кристалле с помощью электропроводящих коммутационных металлических шин в виде плоских пружин.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2