Полупроводниковый тензочувствительный переключатель
о и и .е н и.
ИЗОБРЕТЕН Й
Союз Советских
Социалистических
Республик
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ
Зависимое от авт. свидетельства №
М. Кл. G Oll 9/06
Заявлено 11.1.1972 (№ 1737488!18-10) с присоединением заявки №
Приоритет
Государственный комитет
Совета Министров СССР ло делам изобретений и открытий
Опубликовано 27.1Х.1973. Бюллетень № 3
Дата опубликования описания 14.II.1974
УДК 531.787.91 (088.8) Авторы изобретения
К. К. Валацка, Ч. В. Мачюлайтис и П. П. Мишкинис
Институт физики полупроводников АН Литовской ССР
За явитель
ПОЛУПРОВОДНИКОВЬ!И ТЕНЗОЧУВСТВИТЕЛЬНЫЙ
ПЕРЕКЛЮЧАТЕЛЬ
Изобретение относится к полупроводниковым измерительным приборам.
Известны полупроводниковые тензочувствительные переключатели, выполненные в виде многослойной структуры, содержащей истощенную носителями заряда область, заключенную между слоями р+ и и, и слой и- .
Переключение в них вызывается приложением механического давления.
Недостатком таких переключателей являет- 10 ся необратимое переключение, т. е. переключатель приводится во включенное состояние приложением механического давления Р) Р,.р, снятие этого давления не приводит к выключению прибора. Другим недостатком является 15 узкий диапазон контролируемых давлений, так как мал участок по току на ВАХ, в котором значение тока лавинного умножения сильно зависит от приложенного давления.
Для расширения диапазона контролируе- 20 мых давлений и уменьшения гистерезиса в предлагаемом переключателе между слоями и и и+ размещен узкий полуизоляционный слой, например Si типа, образующий структуру р+ — n — Si — n+, причем переход n — Si — и+ 25 шире перехода р»- — n.
Преимущества описываемого переключателя достигаются заменой слоя р, прилегающего к коллекторному переходу в структуре прототипа, тонким полуизоляционным слоем Si 30 типа. Таким образом, переключатель имеет структуру р+ — и — Si — 22+ типа с двумя плавными переходами р+ — n и и — Si — n+, смещенными внешним напряжением в запорном направлении. Для данной структуры токи лавинного умножения превалируют над другими составляющими тока как в закрытом, так и в открытом состояниях прибора. В связи с этим переключатель реагирует на изменение приложенного давления как в закрытом, так и в открытом состоянии. Возврат тензочувствительного переключателя в исходное положение обеспечивается снятием давления без снижения смещающего напряжения.
Принцип работы полупроводникового тензочувствительного переключателя на примере структуры р+ — n — S1 — п+, выполненной из германия, (токи лавинного умножения уменьшаются в возрастанием прикладывае»oro давления) состоит в следующем. Такой элемент смещается в запорном направлении. При значении напряженности электрического поля
Е)Е.„ „„, в переходе р+ — и начинается лавинное умножение электронов и дырок, которые уносятся полем в п и р+ области соответственно. Участок ВАХ лавинного умножения велик по току, так как прибор состоит из плоских сильно легированных слоев. Прп высоких значениях плотностей тока ширина областей объемного заряда возрастает и охватывает
Зо8847
Предмет изобретения
Составитель Г. Невская
Техред Л. Богданова
Корректор М. Лейзерман
Редактор И. Шубина
Заказ 215/1 Изд. М 2059 Тираж 755 Подписное
ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий
Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5
Сапунова, 2
Типография, пр. слой Si типа. Образуется «седловина» профиля напряженности электрического поля. Генерация носителей происходит в двух областях, где электрическое поле максимально, а между ними образуется «шнур» тока высокой плотности. Напряжение на структуре падает скачком.
При дальнейшем увеличении напряжения смещения увеличивае1ся диаметр «шнура» и плотность тока в нем (участок малого по модулю значения ОДС). Таким образом, ток
«шнура» является током лавинного умножения аналогично случаю структуры р+ — Si — n
Рабочая точка задается на участке ВАХ прибора, соответствующем его включенному состоянию. Давление прикладывается перпендикулярно к плоскостям переходов. Так как ток
«шнура» является лавинного происхождения, то его значение зависит от величины приложенного давления. При увеличении приложенного к структуре механического давления ток лавинного умножения убывает и тем самым уменьшается плотность тока в «шнуре». При
P)P,,ð плотность тока в «шнуре» становится ниже критической (т. е. необходимой для существования «шнура»), и «шнур» гаснет. Напряжение на структуре возрастает скачком, и ток лавинного умножения равномерно распределяется по площади перехода. Приложенное механическое давление может удерживать прибор во включенном состоянии сколь угодно долго. Если же давление снять, то ток лавинного умножения возрастает до значения
1=1,н,, возникает «шнур» тока, и прибор включается.
При смещении рабочей точки (в открытом состоянии прибора) в сторону больших токов возрастает плотность лавшшого тока в «шнуре» и поэтому требуются большие давления для выключения, т. е. P)P„p возрастает с увеличением тока смещения. Следовательно, имеется возможность в широком интервале изменять критические значения прикладываемых давлений.
Из выше изложенного следует, что тензочувствительный переключатель со структурой р+ — и — Si — n+ позволяет контролировать увеличение и уменьшение прикладываемого к нему давления. Приложением соответствующего давления Р P„.р вызывается выключение прибора, а снятием этого давления переключатель приводится в исходное положение без снижения смещающего напряжения (переклю5
35 чатель обратим), что не позволяет переключатель, указанный в качестве прототипа.
Предлагаемый тензочувствительный переключатель также создает возможность значительно расширить диапазон контролируемых давлений. Предлагаемый тензочувствительный переключатель со структурой р+ — и — Si — n+ может быть выполнен также из кремния или других материалов, например, GaAs, GaP, SiC и т. д.
Отличия будут лишь в том, что рабочую точку задают на участке ВАХ, предшествующем включению прибора или на участке во включенном состоянии в зависимости от того обладает данный материал положительным или отрицательным коэффициентом тензочувствительности.
Приложением механического давления вызывается включение прибора, а снятием этого давления — выключение.
Полупроводниковый тензочувствительный переключатель может найти широкое применение в области автоматического контроля и управления действу|ощих давлений в качестве измерителей и ограничителей действующих давлений, деформаций и сил, выключателей или сигнальных устройств давления. Простота конструкции и другие особенности предлагаемого тензочувствительного переключателя позволяют применять его в различных устройствах для контролирования нагрузки без ограничения, даже в трудно доступных узлах различных механизмов. Кро::1е того, предлагаемый переключатель может работать как датчик давления при давлениях, меньших критических, при плавном изменении прикладываемого давления ток (напряжение) также изменяется плавно.
Полупроводниковый тензочувствительный переключатель, выполненный в виде многослойной структуры, содержащей истощенную носителями заряда область, заключенную между слоями р+ и и, и слой п+, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона контролируемых давлений и уменьшения гистерезиса, в нем между слоями и и и+ размещен узкий полуизоляционный слой, например
Si типа, образующий структуру р+ — и — Si — n+, причем переход n — Si — и+ шире перехода р+ — n.
