Apakah prinsip sensor tekanan?
Sensor tekanan semikonduktor dapat dibahagikan kepada dua kategori, satu berdasarkan prinsip asas bahawa persimpangan PN semikonduktor (atau persimpangan Schottky) berubah dalam ciri I-υ dalam keadaan tertekan. Ciri-ciri komponen sensitif tekanan jenis ini sangat tidak stabil dan belum banyak dikembangkan. Yang lain adalah sensor yang terbentuk berdasarkan kesan piezoresistif semikonduktor, yang merupakan jenis sensor tekanan semikonduktor utama. Pada hari-hari awal, kebanyakan pengukur regangan rintangan semikonduktor ditampal pada elemen elastik untuk membuat pelbagai instrumen ujian tekanan dan regangan. Pada tahun 1960-an, seiring dengan perkembangan teknologi cip litar bersepadu semikonduktor, sensor tekanan semikonduktor dengan perintang penyebaran ketika komponen piezoresistif muncul. Sensor tekanan jenis ini mempunyai struktur yang sederhana dan boleh dipercayai. Tidak ada komponen bergerak relatif. Elemen sensitif tekanan dan elemen elastik sensor disatukan, yang menghilangkan kemunduran peralatan mekanikal dan kelonggaran tekanan, dan meningkatkan ciri-ciri sensor.
Kesan piezoresistif semikonduktor Semikonduktor mempunyai ciri yang berkaitan dengan daya luaran, iaitu, kerintangan (ditunjukkan oleh tanda ρ) berubah dengan kekuatan tanah, yang disebut kesan piezoresistif. Perubahan relatif resistiviti di bawah tindakan tegasan tanah unit disebut pekali piezoresistif dan diwakili oleh tanda π. Dinyatakan dalam formula matematik sebagai 墹 ρ / ρ=πσ
Dalam formula, σ mewakili tekanan. Perubahan nilai rintangan (R / R) yang perlu ditimbulkan oleh perintang semikonduktor apabila mengalami tekanan ditentukan oleh perubahan rintangan, jadi persamaan hubungan di atas untuk kesan piezoresistif juga dapat ditulis sebagai R / R=πσ
Di bawah tindakan daya luaran, tegangan tanah tertentu (σ) dan regangan (ε) disebabkan oleh kristal semikonduktor. Hubungan dalaman antara mereka ditentukan oleh modulus Young' bahan mentah, iaitu, Y=σ / ε
Sekiranya kesan piezoresistif dinyatakan dalam keadaan ketegangan yang dapat menahan semikonduktor, maka R / R=Gε
G disebut faktor kepekaan sensor tekanan, yang mewakili perubahan relatif rintangan yang disebabkan oleh regangan unit.
Indeks piezoresistif atau faktor ketangkasan adalah parameter fizikal asas kesan piezoresistif semikonduktor. Hubungan antara mereka sama dengan hubungan antara tekanan tanah dan ketegangan, yang ditentukan oleh modulus Young&# 39 dari bahan mentah, iaitu, G=πY
Kerana kristal semikonduktor anisotropik dalam keanjalan, modulus Young&# 39 dan pekali piezoresistif berubah dengan orientasi kristal. Ukuran kesan piezoresistif semikonduktor juga berkait rapat dengan rintangan semikonduktor. Semakin rendah rintangan, semakin kecil nilai faktor kepekaan. Kesan piezoresistif perintang penyebaran ditentukan oleh kecenderungan penghabluran dan kepekatan kekotoran perintang penyebaran. Kepekatan kekotoran utama merujuk kepada kepekatan kotoran permukaan lapisan penyebaran.
