Полупроводниковый датчик усилий
378033
ОП ИКАНИЕ"
ИЗОБРЕТЕН ИЯ
К ПАТЕНТУ
Союз Советских
Социалистических
Республик
Зависимый от патента №
М. Кл. Ст Olb 7/18
Заявлено 31.VIII.1970 (№ 1481160/25-.28)
Приоритет 01.IX.1969, № 70415/69, Япония
Комитет по делам изобретений и открыти при Совете Министров
СССР
УДК 531.787.913(088.8) Опубликовано 17.IV.1973. Бюллетень № 18
Дата опубликования описания 07.IX.1973
Авторы изобретения
Иностранцы
Нобору Юками, Хироси Отани и Хидео Курокава (Япония) Иностранная фирма
«Мацусита Электрик Индастриал К, Лтд» (Япония) Заявитель
ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ ДАТЧИК УСИЛИЙ
Изобретение относится к измерительной технике, а именно к конструкции полупроводниковых датчиков усилий.
Известны полупроводниковые датчики усилий, содержащие основание с проводимостью типа Р или N, суженное в одном месте посредством выреза и несущее на одной ил и обеих поверхностях слои с проводимостью другого типа. Однако известные полупроводниковые датчики усилий иметот недостаточную чувствительность.
В описываемом датчике повышение чувствительности достигается за счет того, что в основании по одну сторону от выреза образована область с низким удельным сопротивлением, а по другую сторону — область с высоким удельным сопротивлением, на одной,или обеих поверхностях которой образованы слои с проводимостью другого типа. Повышение чувствительности достигается также за счет того, что область с н изким удельным сопротивлением и слой с проводимостью другого типа образованы на одной из поверхностей основания.
На фиг. 1 представлена структура датчика усилия; на фиг. 2 — 4 — разл ичные виды конструктивного выполнения датчика; на фиг,5-— в увеличенном масштабе суженная часть датчика и кривая распределения концентрации дверок и электронов в суженной части датчика; на фиг. 6 — способ использования датчика.
Полупроводниковый датчик усилий содержит силиконовое основание 1 листового тиг", имеющего 2000 мкм в длину, 100 лткм в ш ирину.и 30 мкм в толщину на виде, показанном на фиг. 2, .и 100 мкм на виде, показанном на фиг. 3 и 4, причем основание сужено у своего центра (минимум ширины в месте сужения
10 равен 50 мкм), область 2 с проводимостью типа Р, имеющую удельное сопротивление от нескольких ом/см до нескольких тысяч ом/см.
Область 2 с высоким удельным сопротивлением граничит с областью 8 с проводимостью
15 типа Р, имеющей н изкое удельное сопротивление в месте соединения 4, которое образовано вблизи от центра суженного участка или в окрестности центра основания 1. Эта область образована бором, изб ирательно диф20 фундирующим в основании от одной пли обе их главных поверхностей основания 1 на глубину, равную толщине основания. С областью
2 граничит область 5 с проводимостью типа N, которая образована фосфором, дпффуп—
25 дирующим в основание 1 на глубину в несколько микрон на расстоянии до 850 мкм or правого конца основания. Удельное сопротиьление области 5 равно 0,001 ом/сл.. Местом соединения областей 2 и 5 является соедине.
30 ние б.
378933
25
3
На фиг. 2 показан случай, когда область 5 образована вдоль одной главной поверхности основания 1, на фиг. 3 и 4 — случаи, когда эта область образована вдоль обеих главных поверхностей. На фиг. 3 показан вырез, образованный вдоль соединения 4 на одной поверхности основания 1, на фиг. 4 вырезы выполнены на обеих поверхностях.
Длина области 2, образованной в центральной части основания 1, выбрана более дл инной и равной эффективной длине диффуз ии носителей. Поперечная площадь центральной части значительно меньше благодаря вырезу, сделанному в направлении, перпендикулярном к продольному направлению основания 1.
Таким образом электрические характеристики датчика значительно улучшаются за счет поверхностной рекомбинации, в результате чего эффективная длина диффузии носителей уменьшается.
На фиг. 6 показан способ использования датчика. Основание 1 присоединяется к металлическому слою 7, нанесенному на изолирующую плату 8 и разделенному на две части пазом 9. Присоединен не осуществляется таким образом, что область 8 электрически связана с одной частью металлического слоя 7, а область 5 — с другой, причем предварительно на области 8 и 5 напыляется никелевохромовый или золотохромовый сплав для лучшего контакта с металлическим слоем 7.
Источник постоянного тока 10 электрически связан с металлическим слоем 7 в прямом направлен ни по отношению к поверхности соединения 4, соединяющей слои с разной проводимостью. Расстояние от свободного конца изолирующей плиты 8 до центра паза 9 составляет 5000 мкм.
Рассмотрим работу датчика, когда основание 1 сделано из силикона, а область 2 с высоким удельным сопротивлением имеет проводимость пипа Р, Если источник постоянного тока 10 присоединен таким образом, что напряжение приложено в прямом направлении по отношению к поверхности (месту соединения) 4, то дверки инжектируются из места соединения 4 у c) женного участка в область 2, вызывая так называемое явление двойной инжекции. Таким образом, через область 2 протекает ток, модулированный проводимостью. В этом случае, зависимость между напряжением U и током I дается формулой 1=le U . Здесь ток Ic зависит от размера элемента, а показатель m изменяется пропорционально изменению эффективной длины диффузии, которая зависит от величины приложенного усилия. Сужение основания 1 позволяет повысить концентрацию носителей в окрестностях мест соед инений 4 и б в области 2 с высоким удельным сопротивлением так, как это показано на фиг. 5. Механическая деформация наиболее сильно проявляется вблизи места соединения
4, поэтому эффект нагрузки может быть рассмотрен только по отношению к окрестности места соед инен ия 4.
Предмет изобретения
1. Полупроводниковый датчик усилий, содержащий основание с проводимостью типа P или N, суженное в одном месте посредством выреза и несущее на одной или обеих поверхностях слои с проводимостью другого типа, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности, в основании по одну сторону от выреза образована область с низким удельным сопротивлением, а по другую сторону — область с высоким удельным сопротивлением, на одной или обеих поверхностях которой образованы слои с проводимостью другого mrna.
2. Полупроводниковый датчик усилий по п. 1, отличающийся тем, что область с низким удельным сопротивлением и слой с проводимостью другого пипа образованы на одной из поверхностей основания.
378033
2 б
Фиг. 1 б Фи2. 5
У1 б ф
Фиг. Ф
Ни2. 5
f0
Фиг. б
Составитель А. Босой
Редактор Л. Новожилова
Тех ред Т. Курил ко
Корректор Е, Миронова
Заказ 2398/l8 Изд. № 1426 Тираж 755 Подписное
ЦНИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий при Совете Министров,ССР
Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4 5
Типография, пр. Сапунова, 2
