擴散型壓阻式力敏傳感器大都采用單晶硅和半導體平面工藝制成。單晶硅是各向異性材料,取向不同時特性不一樣,因此必須根據傳感器受力變形情況來加工制造擴散硅敏感電阻膜片。一般以N型硅為襯底(又稱基片),采用氧化、擴散等工藝將硼原子沿給定的晶向擴散到N型硅補底材料中,形成P型擴散層。結果硼擴散區(qū)便形成應變電阻,并用襯底形成一個整體,當它受壓力作用時,應變電阻發(fā)生變化,從而使輸出發(fā)生變化。
擴散型壓阻式力敏傳感器主要由硅膜片(硅杯)、外殼和引線等組成。硅膜片是核心部分,其形狀像杯子故名硅杯,在膜片上,用半導體工藝中的擴散摻雜法做成四個相等的電阻,經蒸鍍金屬電極及連線,接成電橋形式,用引線引出。硅膜片兩側有兩個壓力腔,一側是和被測系統(tǒng)相連接的高壓腔;另一側是低壓腔,通常和大氣相連,也有做成真空的。當膜片兩側存在壓力差時,膜片發(fā)生變形,產生應力應變,從而使擴散電阻的電阻值發(fā)生變化,電橋失去平衡,輸出相對應的電壓,其大小就反映了膜片所受壓力差值。
擴散硅壓阻式力敏傳感器有哪些優(yōu)缺點?
1.優(yōu)點:
1)頻率響應范圍寬,固有頻率很高;
2)體積小,可微型化,由于采用了集成電路的工藝方法,因麗硅膜片敏感元件可做得很??;
3)準確度高,由于不存在傳動機構造成的誤差,也消除了一般壓力傳感器中金屬膜片或應變及粘貼時因蠕變、遲滯產生的誤差,所以大大提高了傳感器的準確度;
4)靈敏度高;
5)由于壓阻式傳感器無活動部件,所以它工作可靠,耐振、耐沖擊、耐腐蝕、抗干擾能力強,可以在惡劣環(huán)境下工作。
2.缺點
1)由于壓阻式傳感器是用半導體材料制作的,所以受溫度影響較大;因此,在瀑度變化大的環(huán)境中使用時,必須進行溫度補償;
2)制作工藝復雜,對研制條件要求高,尤其是擴散雜質、燒結、封裝工藝等比其他傳感器要復雜得多,因而成本較高。
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