Ποια είναι η αρχή του αισθητήρα πίεσης;
Οι αισθητήρες πίεσης ημιαγωγών μπορούν να χωριστούν σε δύο κατηγορίες, η μία βασίζεται στη βασική αρχή ότι ο σύνδεσμος ημιαγωγών PN (ή διασταύρωση Schottky) αλλάζει στα χαρακτηριστικά I-υ υπό πίεση. Τα χαρακτηριστικά αυτού του τύπου εξαρτημάτων ευαίσθητων στην πίεση είναι πολύ ασταθή και δεν έχουν αναπτυχθεί σε μεγάλο βαθμό. Ο άλλος είναι ο αισθητήρας που σχηματίζεται με βάση το πιεζοανθεκτικό αποτέλεσμα ημιαγωγών, ο οποίος είναι ο κύριος τύπος αισθητήρα πίεσης ημιαγωγών. Τις πρώτες μέρες, οι περισσότεροι από τους μετρητές τάσης αντίστασης ημιαγωγών επικολλήθηκαν στα ελαστικά στοιχεία για να φτιάξουν διάφορα όργανα δοκιμής τάσης και καταπόνησης. Στη δεκαετία του 1960, μαζί με την τεχνολογική ανάπτυξη των τσιπ ολοκληρωμένων κυκλωμάτων ημιαγωγών, εμφανίστηκαν αισθητήρες πίεσης ημιαγωγών με αντιστάσεις διάχυσης ως πιεζοανθεκτικά εξαρτήματα. Αυτός ο τύπος αισθητήρα πίεσης έχει απλή και αξιόπιστη δομή. Δεν υπάρχουν σχετικά κινούμενα εξαρτήματα. Το ευαίσθητο στην πίεση στοιχείο και το ελαστικό στοιχείο του αισθητήρα είναι ενσωματωμένα, γεγονός που εξαλείφει την καθυστέρηση του μηχανικού εξοπλισμού και τη χαλάρωση του στρες και βελτιώνει τα χαρακτηριστικά του αισθητήρα.
Το πιεζοσυνθετικό αποτέλεσμα των ημιαγωγών Οι ημιαγωγοί έχουν ένα χαρακτηριστικό που σχετίζεται με τις εξωτερικές δυνάμεις, δηλαδή η αντίσταση (που υποδεικνύεται από το σήμα ρ) αλλάζει με τη δύναμη του εδάφους, η οποία ονομάζεται πιεζοανθεκτική επίδραση. Η σχετική μεταβολή της αντίστασης κάτω από τη δράση της τάσης μονάδας εδάφους ονομάζεται συντελεστής πιεζοσυστήματος και αντιπροσωπεύεται από το σήμα π. Εκφράζεται με μαθηματικό τύπο ως ρ/ρ=πσ
Στον τύπο, το σ αντιπροσωπεύει το άγχος. Η μεταβολή της τιμής αντίστασης (R/R) που πρέπει να προκαλέσει ένας αντιστάτης ημιαγωγών όταν υποβάλλεται σε τάση καθορίζεται από τη μεταβολή της αντίστασης, οπότε η παραπάνω σχεσιακή εξίσωση για το πιεζοστατικό αποτέλεσμα μπορεί επίσης να γραφτεί ως R/R=πσ
Υπό την επίδραση της εξωτερικής δύναμης, προκαλούνται ορισμένες τάσεις εδάφους (σ) και τάση (ε) στον κρύσταλλο ημιαγωγών. Η εσωτερική σχέση μεταξύ τους καθορίζεται από το μέτρο Young (GG) #39; της πρώτης ύλης, δηλαδή Y=σ/ε
Εάν το πιεζοαναστατικό αποτέλεσμα εκφράζεται με την ένταση που μπορεί να αντέξει ο ημιαγωγός, τότε R/R=Gε
G ονομάζεται συντελεστής ευαισθησίας του αισθητήρα πίεσης, ο οποίος αντιπροσωπεύει τη σχετική μεταβολή της αντίστασης που προκαλείται από τη μονάδα τάσης.
Ο πιεζοσυνθετικός δείκτης ή ο συντελεστής επιδεξιότητας είναι η θεμελιώδης φυσική παράμετρος του πιεζοανθεκτικού αποτελέσματος ημιαγωγών. Η σχέση μεταξύ τους είναι ίδια με τη σχέση μεταξύ της τάσης και της καταπόνησης του εδάφους, η οποία καθορίζεται από το μέτρο της πρώτης ύλης του Young', δηλαδή G=πY
Επειδή οι κρύσταλλοι ημιαγωγών είναι ανισότροποι στην ελαστικότητα, το μέτρο και ο πιεζοσυνθετικός συντελεστής του Young' αλλάζουν με τον κρυσταλλικό προσανατολισμό. Το μέγεθος του πιεζοανθεκτικού ημιαγωγικού αποτελέσματος σχετίζεται επίσης στενά με την αντίσταση του ημιαγωγού. Όσο χαμηλότερη είναι η αντίσταση, τόσο μικρότερη είναι η τιμή του συντελεστή ευαισθησίας. Το πιεζοαναστατικό αποτέλεσμα της αντίστασης διάχυσης καθορίζεται από την τάση κρυστάλλωσης και τη συγκέντρωση ακαθαρσιών του αντιστάτη διάχυσης. Η βασική συγκέντρωση ακαθαρσιών αναφέρεται στην επιφανειακή συγκέντρωση ακαθαρσιών της στιβάδας διάχυσης.
