Полупроводниковые тензорезисторы. Характеристики

Полупроводниковые тензорезисторы

Современные полупроводниковые датчики деформации - тензорезисторы по конструкции и техническим характеристикам отличаются от описанных ниже. Но принцип работы и основные параметры мало отличаются.

Основными материалами для изготовления полупроводниковых тензорезисторов в настоящее время являются кремний и германий, причем кремний вследствие его меньшей чувствительности к температуре получил большее распространение. Применяются также полупроводниковые соединения, например арсенид галлия GaAs и др..

В зависимости от применяемых материалов полупроводниковые тензорезисторы можно разделить на две группы: монокристаллические и поликристаллические. К монокристаллическим тензорезисторам относятся тензорезисторы, полученные вырезанием из монокристалла; игольчатые кристаллы, полученные выращиванием из газовой фазы; эпитаксиальные пленки и дендриты. К поликристаллическим относятся тензолиты, представляющие собой искусственные смеси, например, угля (или сажи) и бакелитового лака.

Материалы для полупроводниковых тензорезисторов должны обладать возможно большим коэффициентом тензочувствительности (КТЧ) и наименьшим температурным коэффициентом сопротивления (ТКС), а также обеспечивать стабильность параметров тензорезисторов.

Весьма ответственной операцией при изготовлении полупроводниковых тензорезисторов является создание контакта металл-полупроводник, который получается различными способами: пайкой, вплавлением, сваркой, напылением, электрохимическим или химическим нанесением покрытий.

Определенный интерес представляют полупроводниковые тензорезисторы из дендритной ленты германия, получившие широкое распространение вследствие простой и доступной технологии изготовления. Дендритами принято называть древовидные, игольчатые или пластинчатые кристаллы сложного двойникового строения, образующиеся при кристаллизации в переохлажденном расплаве или из пересыщенной газовой фазы.

Дендритные тензорезисторы из германия отличаются пониженной механической прочностью по сравнению с тензорезисторами, полученными из монокристаллического слитка. К достоинствам дендритных теизорезисторов следует отнести простоту изготовления и относительную дешевизну (по сравнению с другими полупроводниковыми тензорезисторами дендритный - самый дешевый). Изготовление германиевого дендритного тензорезистора не требует специальной аппаратуры (например, станков для шлифовки и резки) и сводится к поперечной резке дендритной ленты корундовой иглой, отламыванию тензоэлемента и припаиванию к нему электрических выводов специальным припоем. Для изготовления тензорезисторов используется германиевая дендритная лента в основном с удельным сопротивлением ρ=1±0,2 ом • см. Параметры таких тензорезисторов сильно зависят от температуры.

Исследование тензорезистора из германиевой дендритной ленты позволяет выявить все особенности, связанные с применением полупроводниковых тензорезисторов в электрических цепях.

По конструктивным особенностям полупроводниковые тензорезисторы можно разделить на приклеиваемые и неприклеиваемые. Приклеиваемые полупроводниковые тензорезисторы могут использоваться как с подложкой, так и без подложки.

Полупроводниковые тензорезисторы без подложки отличаются формой сечения, материалом и способом осуществления омического контакта. Во многом конструкция их определяется технологией изготовления. Самый распространенный тип тензорезистора - брусок.

Тензорезисторы, полученные выращиванием из газовой фазы, представляют собой монокристаллические иглы диаметром 10 - 100 мкм. Конструкция такого тензорезистора с подложкой показана на рис. В-2. Конструкция пленочного тензорезистора показана на рис. В-2,б; тензорезисторы выполняются в виде одной проводящей полоски, которая покрывается слоем лака. Параметры тензорезисторов приведены в табл.

Основное применение полупроводниковые тензорезисторы находят в датчиках давления, усилий, напряжений. Весьма перспективно применение полупроводниковых тензорезисторов в акселерометрах.