, полягає в об'єднанні в одній інтегральній схемі поряд з інтегральним мембранним чутливим елементом інтегральних схем (ІС) підсилювачів і підлаштування елементів, використовуваних для балансування, градуювання і термокомпенсации перетворювача. Тут, як і в звичайних інтегральних схемах, можливі два шляхи: створення гібридної і напівпровідникової ІС.
У результаті такого підходу з'явилося ціле сімейство перетворювачів з відносно низькою вартістю. Це, у свою чергу, відкрило широку область нових застосувань, раніше обмежену або через високу вартість перетворювачів, або через їх недостатньо високих експлуатаційних характеристик.
І, нарешті, етап V, показаний на малюнку 1.3 (е), перспективи якого вже чітко вимальовуються, полягає в інтеграції спочатку окремих елементів, а потім і всієї зовнішньої конструкції перетворювача. Можна вказати дві основні передумови, які зробили можливим розвиток цього етапу інтеграції:
все більш детальний розвиток методів локального керованого травлення напівпровідникових матеріалів дає можливість розробити нові способи формоутворення, що дозволяють конструювати з цих матеріалів мініатюрні деталі;
розробка й розвиток способів з'єднання (кріплення) кремнієвих (сапфірових) пластин між собою і з іншими матеріалами дозволяють здійснювати групову збірку окремих конструктивних деталей.
Таким чином, сучасному рівню розвитку інтегральних первинних перетворювачів відповідає етап фізико-конструктивної інтеграції окремих елементів, при якій практично всі елементи конструктивно і технологічно виконані з одного матеріалу у вигляді єдиного твердотільного приладу.
Очевидно, цей етап фізико-конструктивної інтеграції має важливе значення не тільки для механоелектричного перетворювачів, а й для будь-яких інших приладів, виконаних за допомогою технології мікроелектроніки. Така повна конструктивна інтеграція не тільки вирішує основні економічні і технічні проблеми розробки перетворювачів, але й відкриває ряд принципово нових підходів.
Наприклад, стає можливим створення багатоцільових, багатодіапазонних або надмініатюрних первинних перетворювачів з розмірами менше міліметра.
Слід обмовитися, що наведене розгляд етапів розвитку перетворювачів тиску, і в рівній мірі цілого ряду інших пристроїв, наприклад акселерометрів, витратомірів та інших, не може бути однозначно застосовно всім механоелектричного перетворювачам. У першу чергу це відноситься до перетворювачів сили, особливо до приладів для вимірювання великих сил. Це пояснюється тим, що вимірювання великих сил пов'язано з великими розмірами конструкцій через обмежену міцності конструкційних матеріалів. У цих умовах повна конструктивна інтеграція перетворювача на основі єдиного напівпровідникового матеріалу, очевидно, позбавлена ??сенсу.
Крім того, приведену послідовність етапів інтеграції фізико-конструктивних елементів не слід розуміти таким чином, що з появою кожного нового етапу інтеграції попередні етапи автоматично відмирають і стають безперспективними. Як приклад пошлемося лише на фольгові тензорезистори, виробництво і використання яких успішно розвивається і сьогодні, оскільки вони мають ряд характеристик, поки недосяжних за допомогою напівпровідникових тензоелементов.
Можна припустити, що подальший розвиток фізико-конструктивної інтеграції елементів перетворювача піде як по шляху ускладнення всієї зовнішньої конструкції перетворювача, так і її складових елементів. Наприклад, в даний час, замість операційних підсилювачів і підлаштування елементів широко використовуються аналого-цифрові перетворювачі та мікропроцесори, продуктивність останніх з кожним роком збільшується, що дозволяє проводити більш складні обчислення.
. 3 Інтегральні тензопреобразователь на основі гетероепітаксійних структур «кремній на сапфірі»
Як відомо, поняття «інтегральна схема», а точніше «гібридна інтегральна мікросхема», або «напівпровідникова інтегральна мікросхема» передбачає два види інтеграції. Це - інтеграція схемотехнических елементів (транзисторів, резисторів, конденсаторів і т. Д.) Та інтеграція технологічних процесів виготовлення мікросхеми.
Нові можливості в розвитку тензорезисторних датчиків на основі напівпровідникових чутливих елементах (ПЧЕ) відкрилися з розробкою і дослідженням гетероепітаксійних напівпровідникових структур типу «кремній на сапфірі» (КНС), що представляє собою тонку монокристаллическую плівку кремнію, вирощену на монокристаллической сапфіровою підкладці з певною кристалографічної орієнтацією. Схематично такий чутливий елемент показаний на малюнку 1.4. Товщина кремнієвої плівки варіюється від часток до декількох мікрометрів. При виготовленні ПЧЕ на структурі КНС формують тензочуттєві ...
