| 常用的贺德克压力传感器选用N型硅片作为基片 |
| 点击次数：709 更新时间：2020-06-26 |
| 贺德克压力传感器可分为两类，一类是根据半导体PN结（或肖特基结）在应力作用下，I-υ特性发生变化的原理制成的各种压敏二极管或晶体管。这种压力敏感元件的性能很不稳定，未得到很大的发展。另一类是根据半导体压阻效应构成的传感器，这是贺德克压力传感器的主要品种。早期大多是将半导体应变片粘贴在弹性元件上，制成各种应力和应变的测量仪器。60年代，随着半导体集成电路技术的发展，出现了由扩散电阻作为压阻元件的贺德克压力传感器。这种压力传感器结构简单可靠，没有相对运动部件，传感器的压力敏感元件和弹性元件合为一体，免除了机械滞后和蠕变，提高了传感器的性能。 半导体具有一种与外力有关的特性，即电阻率（以符号ρ表示）随所承受的应力而改变，称为压阻效应。单位应力作用下所产生的电阻率的相对变化，称为压阻系数，以符号π表示。以数学式表示为墹ρ/ρ=πσ 式中σ表示应力。半导体电阻承受应力时所产生的电阻值的变化（墹R/R），主要由电阻率的变化所决定，所以上述压阻效应的表达式也可写成墹R/R=πσ 在外力作用下，半导体晶体中产生一定的应力（σ）和应变（ε），它们之间的相互关系，由材料的杨氏模量（Y）决定，即Y=σ/ε 若以半导体所承受的应变来表示压阻效应，则是墹R/R=Gε G称为压力传感器的灵敏因子，它表示在单位应变下所产生的电阻值的相对变化。 压阻系数或灵敏因子是半导体压阻效应的基本物理参数。它们之间的关系正如应力与应变之间的关系一样，由材料的杨氏模量决定，即G=πY 由于半导体晶体在弹性上各向异性，杨氏模量和压阻系数随晶向而改变。半导体压阻效应的大小，还与半导体的电阻率密切有关，电阻率越低灵敏因子的数值越小。扩散电阻的压阻效应由扩散电阻的晶体取向和杂质浓度决定。杂质浓度主要是指扩散层的表面杂质浓度。 常用的贺德克压力传感器选用N型硅片作为基片。先把硅片制成一定几何形状的弹性受力部件，在此硅片的受力部位，沿不同的晶向制作四个P型扩散电阻，然后用这四个电阻构成四臂惠斯登电桥，在外力作用下电阻值的变化就变成电信号输出。这个具有压力效应的惠斯登电桥是压力传感器的心脏，通常称作压阻电桥（图1）。压阻电桥的特点是：电桥四臂的电阻值相等（均为R0）；电桥相邻臂的压阻效应数值相等、符号相反；电桥四臂的电阻温度系数相同，又始终处于同一温度下。图中R0为室温下无应力时的电阻值；墹RT为温度变化时由电阻温度系数（α）所引起的变化；墹Rδ为承受应变（ε）时引起的电阻值变化。
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