词条 | 扩散型单晶硅 |
释义 | 单晶硅是一种重要的半导体材料, 它是由多晶硅拉制而成的,过去多用来做晶体管、整流器及太阳能电池等。 随着电子技术的进步, 近些年来, 国内外已研制成功压阻应变元件——扩散型单晶硅,并获得应用。 扩散型单晶硅是在单晶硅中, 用扩散工艺掺入一定量的杂质,以改变其电学性质和电阻率数值。改变单晶硅导电类型的杂质,一类是磷、砷、锑, 掺杂后使单晶硅呈现电子型导电(N)型, 另一类是硼、铝、镓,搀杂后使单晶硅呈现空穴型导电(P)型。掺入杂质的数量多少与单晶硅电阻率的高低有直接关系。根据下式可以求出所需要的电阻率: 扩散型单晶硅是压阻式的应变元件,也可以说是一种固体硅电阻器, 其电阻变化与所承受的机械应力成正比, 将它与悬臂梁机械地联在一起并形成惠斯登电桥,可产生同振动运动成正比的电信号。这一性能的取得给科学技术某些领域创造了新的应用条件。 日前已应用于工业和航空航天的压力测量, 冲击波和爆炸试验,以及液压和气压测量系统等领域。 在通信线路的气压遥测系统中, 利用它作压力传感器中的气——电转换弹性敏感元件,以取代过去的波纹管、半导体应变片等敏感元件。它具有精度高、线性好和体积小等优点,并且有宽广的动态范围,足目前较为理想的气——电转换元件。 扩散型单晶硅一般由N型单品硅膜片及P型单晶硅应变敏感层组成。压力传盛器用它来完成气——电转换是在一块圆形膜片上,利用集成电路的工艺方法设置一个阻值相等曲电阻构成平衡电桥。膜片的四周用一圆环(硅杯)固定。膜片两边有两个压力腔, 一个是和电缆相连接的高压腔: 另一个是和大气相通的低压腔(其结构见附图)。当膜片两边存在压力差时, 膜片上各点存在应力, 4个电阻在应力作用下阻值发生变化,电桥便失击平衡输出相应的电压,此电压和膜片两边的压力差成正比这样, 膜片所受压力差的大小 通过不平衡电桥就直接反殃出相应的输出电压,减免了过去压力传感器中气——电转换所用的连动机构。采用扩散硅元件,不但缩小了压力传感器的体积,而且传感性能也稳定多了。 目前有的国家生产的扩散硅膜压力传感器, 采用扩散法在硅膜中制成四个工作桥臂的惠斯登电桥,使用各向异性的腐蚀技术使应力集中到测量区域,而别处仍然保持低应力水平。在相同的振动频率下,选种压力传感器具右更高的灵敏度和极好的线性度,甚至在三倍于全量程的压力下,性能仍保持不变。 |
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