го розширення, 10-6/В° C
Si
7,0
850
1,9
1,57
2,33
Сталь (вищої міцності)
4,2
1500
2,1
0,97
12
Нержавіюча сталь
2,1
660
2,0
0,329
17.3
Al
0,17
130
0,7
2,36
25
Мікроелектронна технологія виготовлення кремнієвих приладів заснована на застосуванні тонких шарів, створюваних іонної імплантацією або термічної дифузією атомів легуючої домішки, що в поєднанні з методами вакуумного осадження металів на кремнієву поверхню виявилося досить зручно для цілей мініатюризації виробів.
Кремнієві мікроелектронні прилади виготовляються з групової технології. Це означає, що всі виробничі процеси здійснюються для цілої кремнієвої пластини, яка містить кілька сотень окремих кристалів (В«чіпівВ»). І тільки на останньому етапі виготовлення пластина розділяється на кристали, які далі використовуються при складанні окремих приладів, що в підсумку різко знижує їх собівартість.
Для відтворення розмірів і форм структур кремнієвих приладів використовується метод фотолітографії, забезпечує високу точність виготовлення.
Для виробництва датчиків особливо важлива здатність кремнію реагувати на різні види впливів: механічні, теплові, магнітні, хімічні та електричні. Універсальність застосування кремнію сприяє зниженню вартості датчиків та уніфікації технології їх виготовлення.
У датчиках кремній служить перетворювачем, основне призначення якого - перетворювати вимірюваний фізична або хімічного вплив в електричний сигнал. Функції кремнію в датчиках виявляються значно ширшими, ніж у звичайних інтегральних схемах. Це обумовлює деякі специфічні особливості технології виготовлення кремнієвих чутливих елементів.
2. Методи перетворення тиску
Датчик тиску складається з первинного перетворювача тиску, у складі якого чутливий елемент і приймач тиску, схеми вторинної обробки сигналу, різних за конструкції корпусних деталей і пристрої виведення (рис. 1). Основною відмінністю одних приладів від інших є точність реєстрації тиску, яка залежить від принципу перетворення тиску в електричний сигнал: тензометричний, п'єзорезистивного, ємнісний, індуктивний, резонансний.
В
Рисунок 1 - Блок-схема перетворювача тиску в електричний сигнал
2.1 Тензометричний метод
В даний час основна маса датчиків тиску в нашій країні випускаються на основі чутливих елементів (рис. 2), принципом яких є вимірювання деформації тензорезисторів, сформованих у епітаксіальної плівці кремнію на підкладці з сапфіра (КНС), припаяної твердим припоєм до титанової мембрані. p> Принцип дії тензопреобразователя заснований на явищі тензоеффекта в матеріалах. Чутливим елементом служить мембрана з тензорезисторами, з'єднаними в бруківку схему. Під дією тиску вимірюваного середовища мембрана прогинається, тензорезистори міняють свій опір, що призводить до разбалансу мосту Уітстона. Разбаланс лінійно залежить від ступеня деформації резисторів і, отже, від прикладеного тиску.
В
Рисунок 2 - Спрощений вид тензорезистивного чутливого елемента
Слід зазначити принципове обмеження КНС перетворювача - неусувну тимчасову нестабільність градуювальної характеристики і суттєві гістерезисні ефекти від тиску і температури. Це обумовлено неоднорідністю конструкції і жорсткої зв'язком мембрани з конструктивними елементами датчика. Тому, вибираючи перетворювач на основі КНС, необхідно звернути увагу на величину основної похибки з урахуванням гістерезису і величину додаткової похибки.
До переваг можна віднести гарну захищеність чутливого елемента від впливу будь агресивного середовища, налагоджене серійне виробництво, низьку вартість.
В
2.2 п'єзорезистивного метод
Практично всі виробники датчиків проявляють живий інтерес до використання інтегральних чутливих елементів на основі монокристалічного кремнію. Це обумовлено тим, що кремнієві перетворювачі мають на порядок більшу тимчасову і температурну стабільності в порівнянні з приладами на основі КНС структур.
Кремнієвий інтегральний перетворювач тиску (ВПС) являє собою мембрану з монокристалічного кремнію з дифузійними пьезорезісторамі, підключ...
