实验三十九扩散硅压力传感器（MPX）实验.PDF

实验三十九 扩散硅压力传感器（MPX ）实验 压力传感器的制造中一般利用集成电路平面工艺，用杂质扩散或离子注入的方法形成 电阻器。扩散后被用来作为应力或应变敏感的电阻器。电流便与扩散层表面平行流过电阻 器。在压力传感器的设计、制造时，需要了解不同温度下硅扩散层的压阻特性，选择合适 的扩散条件，选用—定的型号和晶向的扩散电阻以获得较高的灵敏度和小的灵敏度温度系 数，力求使压力传感器有良好的性能。 扩散硅压力传感器利用压阻效应，来实现压力与电量的转换。 【预习提要】 （1）什么是压阻效应？如何实现压力与电量的转换？ （2 ）本实验所用压力传感器的构造原理。 （3 ）了解非平衡电桥的工作原理及应用。 （4 ）了解实验中所用仪器及测量量。 【实验要求】 （1）了解非电量的转换及测量方法。 （2 ）了解扩散硅压力传感器的构造及应用。 【实验目的】 测量扩散硅压力传感器的线性度与灵敏度。 【实验器材】 MPX 压力传感器，公共电路模块（三），气压源，胶管，电压表。 【实验原理】 MPX 压阻式传感器芯片是用集成工艺技术在硅片上制造出四个呈 X 型的等值电阻组成 的电路，它用激光修正，温度补偿，所以线性好，灵敏度高，重复性好。 沿一块半导体的某一轴向施加一定的载荷而产生应变时，它的电阻率会发生变化，这 种现象称为半导体的压阻效应。不同类型的半导体，载荷施加的方向不同，压阻效应也不 相同。对于导体或半导体材料，其电阻可用下式 (1)表示，即： L R = ρ A (1) ·85 · 微分后得 dR dρ dL = + (1 + 2 µ ) (2) R ρ L 式 (2)中， dρ ρ 项也是在应变力 (或压力)作用下，由于材料变形而引起的电阻变化量， 设应变力 (压力)为σ，则 ∆L σ = E = E ζ 1 1 (3) L 其中 E1 为弹性模量，则电阻率的相对变化可以写成 dρ (4) = πσ = πE ζ 1 ρ 式中π为材料的系数。则由下式 dR dL (5) = + (1+ 2 ) = + 1+ 2 ) = πσ µ （πE1 µ ζ Kζ R L 故半导体硅的灵敏系数 K 近似为：