DE2714032B2

DE2714032B2 - Halbleiterdruckgeber

Info

Publication number: DE2714032B2
Application number: DE2714032A
Authority: DE
Inventors: Isidor Karlovitsch Bronschtein; Elena Sergeevna Jurova; Elena Michailovna Kistova; Oleg Evgenievitsch Korobov; Natalya Ivanovna Lukitscheva; Vadim Nikolaevitsch Maslov; Viktor Vasilievitsch Podolsk Myasoedov; Evgeny Vladimirovitsch Sinitsyn; Jury Varnavovitsch Sokurenko
Original assignee: Gosudarstvennij Nautschno-Issledovatelskij I Proektnyj Institut Redkometallitscheskoj Promyschlennosti Giredmet, Moskau
Priority date: 1977-03-30
Filing date: 1977-03-30
Publication date: 1979-07-05
Also published as: DE2714032C3; DE2714032A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Geräte zur Messung des Druckes in Flüssigkeiten und Gasen und betrifft insbesondere einen HaJbleiterdruckgeber.

Der erfindungsgemäße Halbleiterdruckgeber kann zur Messung des Druckes in Bohrlöchern und Rohrleitungen, in hydraulischen und pneumatischen Systemen von Flugzeugen, in Verbrennungsmotoren, in landwirtschaftlichen Hydromechanisierungseinrichtungen sowie zur Messung von überhohen Drücken, die in Laboratorien benutzt werden, Verwendung finden.

Darüber hinaus kann die Erfindung zur Messung der Kraft beim Wiegen von schweren Lasten (Eise.nbahnzügen. Förderwagen mit Erz) sowie in Schmiedeausrüstungen zur Kontrolle der wirkenden Kräfte verwendet werden.

Es ist bereits ein Effekt bekannt, bei dem der Widerstand von Halbleiterstoffen unter der Wirkung des allseitigen Druckes des Umgebungsmediums (Luft, Gas, Flüssigkeit) geändert wird.

Bekannt ist auch die Benutzung dieser Erscheinung bei der Schaffung t on Druckgebern. Unter anderem ist ein Halbleiterdruckgeber bekannt, der auf der Grundlage von η-leitendem Einkristall-Galliumantimonid aufgebaut und mit zwei elektrischen Kontakten versehen ist, wobei die Änderung des Signals zwischen diesen Kontakten als Maß für die Änderung des Druckes gilt (siehe beispielsweise S a g a r A. »Experimental Investigation of Conduction Band of GaSb«, Physikal Review, V. 117.Nr. ![19601S.98- ,00).

Das Leitungsband von Galliumantimonid weist zwei Minima auf, deren relative energetische Lage sich bei allseitiger Pressung ändert, was zur Änderung des elektrischen Widerstandes des Druckgebers führt.

ledoch werden die Minima des Leitungsbandes in Galliumantimonid unter der Einwirkung des Druckes nach ein und derselben Seite der Energieskala verschoben, demzufolge der Druckempfindlichkeitsfaktor des Gebers klein ist (unter 10~⁴ bar-'), während der Druckmeßbereich solcher Geber auf der Grundlage von Galliumantimonid von 0 bis 10 000 bar beträgt.

Die Temperaturstabilität dieser Geber ist nicht genügend gut: der Empfindlichkeitsänderungstemperaturkoeffizient ist zd groß und beträgt 0,5% Grad"'.

Es ist auch ein weiterer Druckgeber bekannt, der einen festen Körper auf der Grundlage der festen Lösung ABi.-,C₁ enthält, welche aus zwei Halbleiterstoffen AB und AC besteht, wobei der erstere ein direktes verbotenes Leitungsband und der zweite — ein indirektes verbotenes Band hat und jeder von ihnen ein direktes und ein indirektes Energieminimum des Leitungsbandes aufweist, während der Wert x, der den Molenbruch des Stoffes AC in der festen Lösung ABi _,C, darstellt, derart gewählt ist, daß er die Energienachbarschaft des direkten und indirekten Minimums des Leitungsbandes der festen Lösung ABi _,C, sichert. Der Druckgeber enthält auch ein Mittel zur Messung der Änderung des elektrischen Wiederstandes des festen Körpers bei Änderung des angelegten Druckes, welches elektrisch mit dettt festen Körper verbunden ist (siehe beispielsweise US-PS 32 70 562).

Der bekannte Druckgeber ist auf der Grundlage der

festen Lösung GaAsi-,Ρ,, cjje aus Galliumarsenid und Galliumphosphid in vorgegebenem Molverhältnis besteht, ausgeführt

Je nachdem, in welchem Druckhereich zu messen ist, benutzt man eine feste Lösung GaAsi-,Ρ, mit erforderlichem Wert von x.

Durch die Wahl von festen Lösungen mit verschiedenem Wert von χ lassen sich Geber zur Messung von großen oder kleinen Drücken im Bereich von 0 bis 60 000 bar formieren.

Die Druckempfindlichkeit dieses Gebertyps ist höher als bei den Gebern auf der Grundlage von Galliumantimon^:d und liegt innerhalb des Bereiches von 2 · lO—'bis 4 · 10—'bar- 'für den gesamten Druckbereich.

Dies ist dadurch bedingt, daß die Verschiebung der Minima des Leitungsbandes bei der Druckeinwirkung nach den entgegengesetzten Seiten der Energieskala stattfindet

Jedoch liegt ein wesentlicher Nachteil des bekannten Druckgebers in der niedrigen Temperaturstabilität seiner Parameter, was mit der Ändemng des Verhältnisses der Wärmeenergie der Elektronen zu dem Energiespalt zwischen den Energieminima des Leitungsbandes für die feste Lösung GaAsi _ ,P, verbunden ist.

So wird gemäß der angeführten experimentellen Abhängigkeit des Empfindlichkeitsfaktors von dem Wert χ für drei Temperaturen ( + 25)° C, (-27)°C und ( + 9O)⁰C die Druckempfindlichkeit des Gebers auf der Grundlage einer festen Lösung GaAsotsPojs fast um 20% (von 3 · ΙΟ-⁴ bar-¹ bei (-27)°C bis 2,5 · ΙΟ-⁴ bar-' bei (+ 90)°C) geändert, d. h. der Temperaturkoeffizient der Empfindlichkeitsänderung hat einen relativ gro3en Wert, der 0,15% - Grad-' beträgt. Für einen Druckgeber auf der Grundlage einer festen Lösung GaAsotjPo4 ändert sich die Druckempfindlichkeit von 3,6 · ΙΟ-⁴ bar-' bei ( + 25)°C bis 2 · ΙΟ"⁴ bar-' bei ( + 9O)⁰C, d. h. der Temperaturkoeffizient der Empfindlichkeitsänderung beträgt 0,7% ■ Grad-'.

Dies beschränkt wesentlich die Anwendung derartiger Druckgeber in der Technik, wenn es notwendig ist, den Druck bei großen Temperaturgradienten zu messen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Halbleiterdruckgeber zu schaffen, dessen Festkörperstruktur ns gestattet, eine erhöhte Temperaturstabilität des Druckempfindlichkeitsfaktors zu erhalten.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der Halbleiterdruckgeber einen festen Körper auf der Grundlage der festen Lösung AB|_,C„ welche aus zwei Halbleiterstoffen AB und AC besteht, wobei der erstere ein direktes verbotenes Leitungsband und der zweite ein indirektes verbotenes Leitungsband hat und jeder von diesen ein direktes und ein indirektes Energieminimum des Leitungsbandes aufweist, während der Wert x, der den Molenbruch des Stoffes AC in der festen Lösung ABi-/;, darstellt, derart gewählt ist. daß er die Energienachbarschaft des direkten und indirekten Mimimums des Leitungsbandes der festen Lösung ABi ,C, sichert, sowie ein Mittel zur Messung der Änderungen des elektrischen Widerslandes des festen Körpers bei Änderung des angelegten Druckes enthält, und gemäß der Erfindung der feste Körper eine Halbleiterstruktur darstellt, die zwei Gruppen von abwechselnd angeordneten Schichten mit verschiedenen We"ten von χ enthält, jede von welchen zumindest eine Schicht und einen gleichen Wert von * in der Gruppe hat, wobei der Änderungsbereich für ν vom

ι ο

minimalen zum maximalen Wert in der Haibleitersiruktur und das Volumenverhältnis der Schichten in den verschiedenen Gruppen aus der Bedingung der Kompensation der Abnahme der Empfindlichkeit gegenüber dem angelegten Druck bei Änderung der Temperatur in den Schichten der ersten Gruppe durch deren Zunahme in den Schichten der anderen Gruppe gewählt ist

Es ist zweckmäßig, eine Halbleiterstruktur mit über die Dicke jeder Schicht konstantem Wert von χ zu benutzen.

Nicht weniger zweckmäßig ist es, eine Halbleiterstruktur mit einem über die Dicke der Schicht von der einen Grenze derselben zur anderen nach dem Sinusgesetz veränderlichen Wert von χ zu verwenden.

Recht ratsam ist es, die Halbleiterstruktur mit einem Donatormaterial mit geringen Energieniveaus bis zu einer Konzentration der freien Ladungsträger, die zum Erreichen einer Entartung des Elektronengases in der Halbleiierstruktur ausreicht, zu legieren.

Ferner erwies es sich als zweckmäßig, als festen Körper eine Halbleiterstruktur GaAsi _,P_t zu benutzen, wo χ aus dem Intervall von 0,2 bis 0,4, die Differenz zwischen dem maximalen und dem minimalen Wert von χ in der Struktur aus dem Intervall von 0,02 bis 0,2, die Beziehung des Summenvolumens der Schichten in der ersten Gruppe zum Summenvolumen der Schichten in der zweiten Gruppe aus dem Bereich von 1 bis 10 und die Dicke jeder Schicht aus dem Intervall von 200 Ä bis 3000 Ä gewählt sind.

Darüber hinaus ist es zweckmäßig, die Schichten der Halbieiterstruktur GaAsi-,Ρ, mit einem Donatormaterial mit geringen Energieniveaus bis zu einer aus dem Bereich 2 - !O¹⁸ bis 7 ■ 10¹⁸ cm-³ gewählten Konzentration zu legieren.

Nachstehend wird die Erfindung durch konkrete Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnungen erläutert. Ei zeigt

Fig. 1 schematisch einen Halbleiterdruckgeber gemäß der Erfindung,

F i g. 2 eine graphische Darstellung der Änderung des Wertes χ von Schicht zu Schicht der Halbleiterstruktur je nach der Dicke des festen Körpers,

Fig. 3 eine weitere graphische Darstellung der Änderung des Wertes χ von Schicht zu Schicht der Halbleiterstruktur je nach der Dicke des festen Körpers, gemäß der Erfindung,

Fig.4 noch eine graphische Darstellung der Änderung des Wertes * von Schicht zu Schicht der Halbleiterstruktur je nach der Dicke des festen Körpers.

F i g. 5 Kurven für die Abhängigkeit der Geberdruckempfindlichkeit von der Temperatur.

Nachstehend soll der in Fig. 1 schematisch dargejtelite Halbleitergeber betrachtet werden.

Der Halbleitergeber enthält einen festen Körper t auf der Grundlage einer festen Lösung AB|_,C\, die aus zwei Halbleiterstoffen AB und AC besteht, wobei der erstere ein direktes verbotenes Band und der zweite — ein indirektes verbotenes Band hat. Jeder von diesen Stoffen weist ein direktes und ein indirektes Energieminimum des Leitungsbandes auf.

Die feste Lösung AB, _ ,C, stellt eine Halbieiterstruktur dar, die zwei Gruppen abwechselnder Schichten 2 und 3 enthält.

Die erste Gruppe hat zumindest eine Schicht 2 mit dem ersten mittleren Wert x, während die zweite Gruppe zumindest eine Schicht 3 mit dem /weilen mittleren Wert * besitzt.

Die Haibleilerstrukturen woirlnn auf dc:· Grunuidgivon testen Lösungen, bestehend aus den Stoffen A^mB^v. ausgeführt. Als Beispiele für solche Strukturen können GaA< ,P₁. AsOai-,ΑΙ,, Plni ,Ga dienen; hierbei weisen ein direktes verbotenes Leitungsband die Stoffe GaAs und InP auf, während ein indirektes verbotenes Leitungsband die Stoffe GaP und AIAs haben.

Der Wert .v. der den Molenbruch des Stoffes AB in der festen Lösung ABi- ,C, bestimmt, ist derart gewählt, daß er die Energienachbarschaft des direkten und indirekten Minimums des Leitungsbandes der festen Lösung ABi ,C", sichert.

Der Änderungsbcreich des Wertes \ vom Minimum bis zum Maximum in der llalbleitcrstruktur ABi ,C", und das Volumenverhältnis der Schichten 2 und 3 in den verschiedenen Gruppen ist aus der Bedingung der Kompensation der Abnahme der Empfindlichkeit gegen den angelegten Druck bei Änderung der Temperatur in uCfi SCniCnicft 2 uCP CPStCn Cjt'iippC uüPCm iiiC /.ϋίϊΓίΓίΓΠν der TcmpcriiUircmpfindlichkeit in den Schichten 3 der zweiten Gruppe gewählt.

Das Mittel zur Messung der Änderungen des elektrischen Widerstandes des festen Körpers I bei Änderung des angelegten Druckes ist ein Ohmmeter 4.

Die an die Seitenfläche des festen Körpers J mit der Dicke d angeschlossenen ohmschcn Kontakte .'5 sind elektrisch mittels Anschlüsse 6 mit dem Eingang des Ohmmeters verbunden.

Die Schichten 2 und 3 der Malblcitcrstruktur können mit einem Donatormaterial mil geringen Energieniveaus bis zu einer Konzentration der freien Ladungsträger, die zuni [irreichen einer Entartung des Elektronengases in der 1 lalbleiierstriiktur ausreicht, legiert werden.

Als solches Donatormaterial können in festen Lösungen, die aus den Stoffen A^lnB^v zusammengesetzt sind,Tellur,Selen,Zinn angewandt weiden.

Der Wert \ kann über die Dicke jeder Schicht 2 bzw. 3 sowohl konstant bleiben als auch von der einen Grenze bis zur anderen verändert werden.

In Fig. 2 ist die Änderung des Wertes ν von der Schicht 2 /ur Schicht 3 der Halbleiterstruktur je nach der Dicke t/des festen Körpers I (Fig. 1) gezeig;. Hier (Fig. 2) ist d\ die Dicke jeder Sehicli! 2 der ersten Gruppe und d₂ — die Dicke jeder Schicht 3 der zweiten Gruppe.

In der Dicke d-, der Schicht 2 (F ig. 1) hat χ den ersten konstanten Wert und in der Dicke d₂ (Fig. 2) der Schicht 3-den zweiten konstanten Wert.

Fig. 3 zeigt ein Änderungsgesetz für den Wert ν in Abhängigkeit von der Dicke dm Form einer Sinuskurve.

Hier ist d\ - die Dicke jeder Schicht 2 (Fig. 1) der ersten Gruppe und d₂ (F i g. 2) — die Dicke jeder Schicht 3 (F ig. 1) der zweiten Gruppe.

In der Dicke d, (F i g. 3) der Schicht 2 (F i g. 1} hat χ den ersten mittleren Wert, während das Gesetz für die Änderung von .v von der einen Grenze der Schicht 2 bis zur anderen durch die erste Halbwelle der Sinuskurve ausgedruckt ist.

In der Dicke d₂ (F i g. 3) der Schicht 3 (F i g. 1} hat χ den zweiten mittleren Wert, während das Gesetz für die Änderung von χ von der einen Grenze der Schicht 3 bis zur anderen durch die zweite Halbwelle der Sinuskurve ausgedrückt ist.

Fig.4 zeigt das Gesetz für die Änderung von * in Abhängigkeit von der Dicke d, ausgedrückt durch einen Abschnitt einer Sinuskurve, wobei d\ die Dicke jeder Schicht 2 (F i g. 1) der ersten Gruppe und di (F i g. 4) — die Dicke jeder Schicht 3 (F i g. 1) der zweiten Gruppe ist. In der Dicke </, (Fig. 4) der Schicht 2 (I'ig. 1) hai \ den ersten minieren Wert und in der Dicke di (F i g. 4) der Schicht 3 (fig. I) — den zweiten mittleren Wert, während das Änderungsgcseiz für χ in Abhängigkeit von der Dicke d der Schichten 2 und 3 durch den Abschnitt der Sinuskurve von dem minimalen Wert von * an der ersten Grenze der Schicht 2 bis zum maximalen Wert von χ an der zweiten Grenze der Schicht 3 der Halbleiterstruktur dargestellt ist.

Der erfindungsgemäße Druckgeber funktioniert wie folgt.

Bei dem Anstieg des zu messenden Druckes steigt der elektrische Widerstand des Gebers an, was eine entsprechende Zunahme der Potentialdiffercnz /wischen den Kontakten 5 (F ig. I), die durch das Ohmmeter 4 registriert wird, verursacht.

Die Druckempfindlichkeit S des Gebers wird durch folgende Formel bestimmt:

Ι',,-Ρ

[bar '].

I lierin bedeuten:

{/,, die Differenz der Potentiale zwischen den Kontakten 5 bei Anfangsdruck;

Δ U den Zuwachs der Differenz der Potentiale zwischen den Kontakten 5 bei Änderung des Druckes:

ΛΡ d^ri Zuwachs des Druckwcrtes.

Die Druckempfindlichkeit 5 des Gebers bei Gleichheit der Leitfähigkeiten und der Dicken d\ und d₂ der Schichten 2 und 3 wird durch die Formel

S₁ + S₂

(2)

bestimmt. Hierin bedeuten:

die Empfindlichkeit der festen Lösung, die die Schicht 2 bildet:

S₂ die Empfindlichkeit der festen Lösung, die die Schicht 3 bildet.

Da die Abhängigkeit der Oruckempfindlichkeit der festen Lösung von de;n Wert ν bekannt ist. so werden im Falle eines sinusförmigen Verlaufes der Änderung des Wertes ν in der Dicke d\ bzw. d₂ jeder Schicht 2 bzw. 3 die Werte Si und 5;. durch Integrierung dieser bekannten Abhängigkeit im v-Änderungsbereich in den Schichten 2 und 3 jeder Gruppe bestimmt.

Die Druckempfindlichkeit eines Gebers auf Grundlage einer festen Halbleiterlösung, die aus zwei HaIbieiterstoffen besteht, kann bei Erhöhung der Te. iperatur des Mediums entweder zunehmen oder abnehmen.

Dies hängt von dem Verhältnis zwischen der Wärmeenergie ArTdes Elektrons und dem Energiespalt zlEzwischen dem direkten und indirekten Minimum des Leitungsbandes der festen Lösung ABi-jC, ab. Das ΔΕ ist seinerseits von dem Wert χ der festen Lösung abhängig.

Wird die Ungleichung ΔΕ > kTerfüllt, so nimmt die Druckempfindlichkeit mit Anstieg der Temperatur zu.

Wird die Ungleichung ΔΕ< kT erfüllt dann nimmt diese Empfindlichkeit mit Anstieg der Temperatur ab.

Deshalb wählt man die Zusammensetzung der Schichten 2 und 3 der Halbleiterstruktur derart, daß die Zusammensetzung der Schichten 2 der ersten Gruppe die Erfüllung des ersten Verhältnisses AE>kTund die Zusammensetzung der Schichten 3 der zweiten Gruppe die Erfüllung der zweiten Bedingung ΔE< jtTsicheit

Nimmt die Empfindlichkeit S\ in den Schichten 2 (Fig. 1) mit x=0,37 im Temperaturbereich von 0 bis 100° ab, wie dies an der Kurve 7 in Fig.5 gezeigt ist, während die Empfindlichkeit Si in den Schichten 3 (Fig. 1) mit x=03 im gleichen Temperaturbereich zunimmt (Kurve 8 in F i g. 5), so ist die Summenempfindlichkeit 5 des Gebers weniger temperaturabhängig, als in jerfer der Schichten 2 (Fig. 1) und 3 (Kurve 9 in F ig. Λ

Somit wird die Abnahme der Druckempfindlichkeit in den Schichten 2 (Fig. 1) der ersten Gruppe durch die Zunahme der Druckempfindlichkeit in den Schichten 3 der zweiten Gruppe bei Änderung der Temperatur kompensiert.

Dies sichert eine Vergrößerung des Arbeitstemperaturbereiches und eine Verbesserung der Temperaturstabilität des Druckempfindlichkeitsfaktors.

Außerdem ist die Druckempfindlichkeit des Gebers und die Temperaiursiabiiiiäi von dem Legierungsgrad der festen Lösung ABj -JC_x abhängig.

Bei einem schwachen Legierungsgrad wird die Druckempfindlichkeit durch die Wahrscheinlichkeit des Überganges von Elektronen über den Energiespalt AE zwischen dem direkten und indirekten Minimum des Leitungsbandes bestimmt.

Bei Erhöhung des Legierungsgrades bis zur Entartung des Elektronsngases, was für die meisten Verbindungen A'"B^V bei einer Konzentration der freien Ladungsträger von über 10¹⁸cm-³der Fall ist, wandert das Fermi-Niveau, das einem Energiewert Ef-entspricht, aus dem verbotenen Band zum Leitungsband, so daß die Druckempfindlichkeit eines solchen Gebers schon durch die Wahrscheinlichkeit des Überganges von Elektronen über den Energiespalt (AE-Er) bestimmt wird.

Obwohl bei einem Anstieg der Temperatur die Energie WT der Elektronen zunimmt, ändert sich die Wahrscheinlichkeit deren Überganges über den Energiespalt (AE-Ef) fast nicht, da das Fermi-Niveau mit dem Anstieg der Temperatur absinkt. Dies bedeutet eine Abnahme der Energie Ef und folglich eine Zunahme des Energiespaltes (AE-Ef), was im Endergebnis zu einer Verminderung der Wahrscheinlichkeit eines temperaturbedingten Überganges der Elektronen und einer Verbesserung der Temperaturempfindlichkeit der Geber führt.

Außerdem ändern sich schwach mit der Temperatur im Falle einer Entartung des Elektronengases sowohl die Konzentration als auch die Beweglichkeit der Elektronen, was auch die Temperaturstabilität des Geberwiderstandes verbessert.

Das Verhältnis der Dicken d\ und di der Nachbarschichten 2 und 3 verschiedener Gruppen und die Gesamtdicke dder Struktur sind wesentliche Faktoren, die die Funktion des Druckgebers beeinflussen.

Der Absolutwert dieser Parameter wird durch die Forderung an den Eingangswiderstand des Gebers bestimmt

Die Wahl des Absolutwertes der Dicken d\ und <k der Schichten 2 und 3 erfolgt unter Berücksichtigung der Natur der konkreten festen Lösung, auf deren Grundlage der Druckgeber hergestellt wird.

Wird eine feste Lösung GaAsi-iP* verwendet, für welche ein wesentlicher Unterschied der Parameter der Kristallgitter von Galliumarsenid und Galliumphosphid kennzeichnend ist so wählt man zur Verminderung der Fehlanpassungsversetzungsdichte in der periodischen Struktur die Struktur auf der Grundlage dieser festen Lösung mit möglichst dünnen Schichten 2 und 3.

Wird eine feste Lösung, bestehend aus Galliumarsenid und Aluminiumarsenid verwendet, wo der Unterschied der Parameter für die Gitter der HaIbleiterstoffe nahezu gleich Null ist, sind dickere Schichten 2 und 3 zulässig.

In jedem Falle jedoch trägt die Erhöhung der Gesamtzahl der Schichten 2 und 3 die Struktur zur Erhöhung der Reproduzierbarkeit der Parameter der

in Geber bei deren Herstellung dank der statistischen Mittelung der nichtkontrollierbaren Abweichungen der Dicke der Schichten 2 und 3 vom Sollwert und der Abweichungen des Verteilungsprofils der Komponen ten der festen Lösung über die Dicke der Schichten 2

ι ι und 3 bei.

Zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung sind nachstehend konkrete Ausführungsbeispiele für einen Halbleiterdruckgeber angeführt.

Beispiel I

Der Geber ist auf der Grundlage einer festen Lösung GaAsi_,P, mit abwechselnden Schichten 2 und 3, die

2^r, jeweils einen Wert von *=0,3 und χ=0,37 haben.

Die Gesamtzahl der Schichten 2 und 3 beträgt 300, die Dicke der Schichten 2 und 3 ist gleich und beträgt 500 Ä. Ihr Volumenverhältnis ist gleich eins. Der Absolutwert der Dicke der einzelnen Schichten 2

jo und 3 der festen Lösung GaAsi _ ,P, wird im Bereich von 200 A bis 3000 Ä gewählt.

Dieser Bereich ist optimal, da experimentell festgestellt wurde, daß bei einer Dicke der Schichten von unter 3000 Ä die Verkettung des Kristallgitters gewöhn-

)> lieh kohärent, d. h. ohne Bildung von Fehlanpassungsversetzungen ist.

Eine Dicke von unter 200 Ä für die Schichten 2 und 3 ist auch nicht zweckmäßig, da dies mit technologischen Schwierigkeiten bei der Herstellung von kostspieligen hochwertigen periodischen Strukturen mit einer Periode von unter 200 A verbunden ist, was zu einer Verteuerung des Druckgebers führt.

Das Legierungsniveau der Schichten 2 und 3 beträgt 2 ■ 10¹⁸cm-³.

Der Geber stellt einen Festkörper 1 mit den Abmessungen 10 mm χ 0,2 mm χ 0,015 mm dar. Die Kontakte 5 sind aus einer Indium-Zinn-Legierung ausgeführt. Als Anschlüsse dienen Goldleiter mit einem Durchmesser von 50 ... 70 Mikrometer.

Die Messung der Widerstandsänderung wurde mit einem Ohmmeter 4 im Druckbereich von 0 bis 250 bar vorgenommen.

Der Widerstandsänderungsbereich des Gebers im Tsmperaturintervall von (-77)°C bis (+130)°C bei konstantem Druck beträgt von 795 Ohm bis 670 Ohm, d. h. im Temperaturbereich von 207 Grad beträgt die Widerstandsänderung 20% und der Temperaturkoeffizient der Widerstandsänderung — 0,1% - Grad-'. Die experimentelle Abhängigkeit der Druckempfind-

so lichkeit des Gebers von der Temperatur ist an der Kurve 10 in F i g. 5 gezeigt

Es wurde eine Änderung der Druckempfindlichkeit von 136 · 10-⁴bar-' bei(-77)°Cbis 1,27 · 10"⁴bar-' bei (+13O)⁰C festgestellt

Die temperaturbedingte Änderung der Druckempfindlichkeit im Bereich von 207 Grad beträgt 7%, während der Temperaturkoeffizient die Empfindlichkeitsänderung gleich 0,033% · Grad-'ist

Für diesen Geber wurde eine gute Übereinstimmung der errechneten Kurve 9 und der experimentellen Kurve 10 beobachtet.

Der beschriebene Druckgeber weist gute Temperaturstabilität des Widerstandes (der Temperaturkoeffizient der Widerstandsänderung beträgt 0,1% · Grad) und gute Temperaturstabilität der Druckempfindlichkeit (der Temperaturkoeffizient der Empfindlichkeitsänderung beträgt 0,033% · Grad-')auf.

Der Halbleiterdruckgeber auf der Grundlage der festen Lösung GaAsi_,P, kann in Kompressoranlagen, in der erdölchemischen Industrie beim Wiegen von Erz in Förderwagen sowie bei der Messung von überhohen Drücken (bis 40 000 bar) unter Laborbedingungen verwendet werden.

Beispiel 2

Der Geber ist auf der Grundlage einer festen Lösung ÄsGai-jÄi, mit Schichten 2 und 3 (Fig. i) mit *=0,33 und x=0,37 ausgeführt.

Der Festkörper 1 besteht aus zwei Schichten 2 und 3, deren Dicke jeweils 60 000 Ä beträgt, während das Volumenverhältnis der Schichten 2 und 3 der verschiedenen Gruppen gleich 1 ist.

Die Schichten 2 und 3 sind bis auf das Niveau 2 ■ 10¹⁸cm^legiert.

Der Geber stellt einen Festkörper mit den Abmessungen 10 mm χ 0,2 mm χ 0,012 mm dar.

Die Kontakte 5 sind aus Nickel ausgeführt, während als Anschlüsse Kupferleiter mit einem Durchmesser von 50—55 Mikrometer dienen.

Der Widerstandsänderungsbereich des Gebers im Temperaturbereich von 21°C bis 108⁰C bei konstantem Druck beträgt von 155 Ohm bis 147 Ohm.

Im Temperaturbereich von 77 Grad beträgt die Widerstandsänderung des Gebers 5,5%, während der Temperaturkoeffizient der Widerstandsänderung 0,07% · Grach'beträgt.

Die Drucikempfindlichkeitsänderung beträgt von 2,43- 10-<bar-i bei 21°C bis 23· lO-'bar-' bei 108⁰C.

;:iaiui ucuiiigic

lf^lilluiiCllKcitäariuCi ting

i ting im Bereich von 77 Grad beträgt 7%, während der Temperaturkoeffizient der Empfindlichkeitsänderung

gleich 0,1% Grad-'ist.
Der Halbleiterdruckgeber auf der Grundlage der

festen Lösung AsGai_,AI, kann bei der Messung des Druckes in Erdölbohrungen und beim Pressen von Metallkeramikerzeugnissen benutzt werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Halbleiterdruckgeber, der einen festen Körper auf der Grundlage einer festen Lösung ABi->C,, welche aus zwei Halbleiterstoffen AB und AC besteht, wobei der erstere ein direktes verbotenes Leitungsband und der zweite ein indirektes verbotenes Leitungsband hat und jeder von diesen ein direktes und ein indirektes Energieminimum des Leitungsbandes aufweist, während der Wert x, der den Molenbruch des Stoffes AC in der festen Lösung ABi-X, darstellt, derart gewählt ist, daß er die Energienachbarschaft des direkten und indirekten Minimums des Leitungsbandes der festen Lösung sichert, sowie ein Mittel zur Messung der Änderungen des elektrischen Widerstandes bei Änderung de« angelegten Druckes, das elektrisch mit dem festen Körper verbunden ist, enthält, dadurch gekennzeichnet, daß der feste Körper (1) eine Ha!bleiter»nikuir darstellt, die zwei Gruppen vom abwechselnd angeordneten Schichten (2 und 3) mit verschiedenen Werten von χ enthält, jede von welchen zumindest eine Schicht (2 und 3) und einen gleichen Wert von χ in der Gruppe hat, wobei der Änderungsbereich der Werte * vom minimalen bis zum maximalen Wert in der Halbleiterstruktur und das Volumenverhältnis der Schichten (2 und 3) der verschiedenen Gruppen aus der Bedingung der Kompensation der Abnahme der Temperaturempfindlichkeit gegen den angelegten Druck bei Änderung der Temperatur in den Schichten (2) der ersten Gruppe durch die Zur.ahme der Temperaturempfindlichkeil in den Schichten (3) der zweiten zweiten Gruppe gewählt ist.

2. Geber nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß der Wert χ in jeder Schicht (2 und 3) der Halbleiterstruktur über die Dicke der Schicht (2 und 3) konstant ist.

3. Geber nach Anspruch !, dadurch gekennzeichnet, daß der Wert χ in jeder Schicht (2 und 3) der Halbleiterstruktur über die Dicke der Schicht (2 und 3) sich von der einen Grenze derselben zur anderen nach einem Gesetz, das durch einen Sinuskurvenabschnitt ausgedrückt wird, ändert.

4. Geber nach Ansprüchen 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schichten (2 und 3) der Halbleiterstruktur mit einem Donatormaterial mit kleinen Energieniveaus bis zu einer Konzentration der freien Ladungsträger, die zum Erreichen einer Entartung des Elektronengases in der Halbleiter-Struktur ausreicht, legiert sind.

5. Geber nach Anspruch 2 oder 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Festkörper (I) eine Halbleiterstruktur GaAsi_,P, darstellt, wo χ aus dem Intervall von 0,2 bis 0,4, die Beziehung des Summenvolumens der Schichten (2) der ersten Gruppe zum Surnmenvolumen der Schichten (3) der zweiten Gruppe aus dem Bereich von I bis 10 und die Dicke jeder Schicht (2 und 3) aus dem Intervall von 200 Ä bis 3000 Ä gewählt sind, wobei die Differenz zwischen dem maximalen und dem minimalen Wert von χ in der Struktur aus dem Intervall von 0,02 bis 0,2 gewählt ist.

6. Geber nach Anspruch 5. dadurch gekennzeichnet, daß die Schichten (2 und 3) der Halbleiterstruk tür GaAsi-,P, mit einem Donatormaterial mit kleinen Energieniveaus bis zu einer aus dem Bereich

von 2 · 10'« bis 7

tion legiert sind.

"¹ gewählten Konzentra-