SU545214A1 - Полупроводниковый датчик давлени - Google Patents

Description

1

Изобретение относитс  к классу измерительных полупроводниковыхприборов , используемых, в частности, при измерении гидростатического давлени .

Известно, что полупроводники со сложной зонной структурой измен ют свое сопротивление, если основной и дополнительный минимуг-ты сближаютс  под действием гидростатического давлеии  ,

.Известный полупроводниковый датчик давлени  на основе арсенида галли электронного типа проводимости может использоватьс  дл  измерени  гидростатического давлени  до .60000 бар l . Однако таким датчиком невозможно измерить низкое гидростатическое давление (до 200 бар) из-за малой величина коэффициента чувствительности 2, .

Также.иавестен полупроводниковый датчик давлени , содержащий полуизолирующую подлох ку и нанесенный на нее полупроводниковый чувствительный элемент на основе твердого раствора, например Qcj4s R , , выполненный в виде параллелепипеда с двум  кон- тактами з. Коэффициент чувствительности к давлению такого датчика

и предельное допустимое давление завис т от энергетического зазора между минимума.-ш, определ емого составом компонент твердого раствора . Например, дл  коэффициент чувствительности к давлению при комнатной температуре составл ет около 3,010 , а предельно допустимое давление 3500 бар. При уменыиенир содержани  фосфида Талли  до X 0,25 коэффициент чувствительности к давлению уменьшаетс  до 0,5-10 бар , предельно допустимое давление увеличиваетс  до 14000 бар, а диапазон измер емых давлений составл ет 100 - 14000 бар.

Но такие датчики на основе «

t-x

к D

5, имеют ограниченный диапазон измер емых давлений.

Цель изобретени  - расширение диапазона измер емых давлений.

Цель достигаетс  тем, что чувствительный элемент полупроводнико вого датчика давлени  на основе твердого раствора . представл ет собой структуру с переменным по длине содержанием компонентов арсенида галли  и фосфида галли , причем содержание одного из компонентов возрастает от одного контакт к другому.

Содержание фосфида галли  может возрастать монотонно по длине датчика от X 5: 0,01 до х.0,40, либо дискретно по длине датчика от Х 0,01 д X О,4О,причем в соседних сло х значени  « отличаютс  на 0,01-0,10.

того, отнсмшение объемов соседних участков выбрано в пределах от 1 до 10.

На чертеже изображен полупроводниковый датчик:;,, давлени .

Он представл ет собой параллелепипед , состо щий из полуизолйруквдей подложки 1, выполненной, например, из арсенида галли , легированного хроМбМ, и сло  2 твердого раствора с измен ющимс  по длине датчика содержанием компонент. На крайние слои чувствительного элемента нанесены контакты 3 и 4, к которым присоединены выводныеЭлектроды .5 и 6.

Чувствительность описаннбго вьвие датчика дл  случа  дискретного изменени  компонент определ етс  формулой:

S. ,,

э п /

s/i.1;- )

где - коэффициент чувствительности к давлению сло  состава 5«Ав.х,-Рх i

- начальное сопротивление i Ч

го сло .

в случае плавного изменени  состава в формуле вместо суммировани  по всем сло м нужно произвести интегрирование по длине датчика.

Датчик давлени  предназначен дл  измерени  гидростатического давлени  в диапазоне 10 - б000О бар, поскольку в состав чувствительного элемента вход т злои йч с х« 0,36-0,39, предназначенные дл  измерени  давлений от 10 до 5000 ба и слоиааА& : Т с ,01-0,20,предназначенные дл . измерени  давлени  ,до 60000 бар.

Например, дл  датчика давлени , содержащего четыре сло  с Х°0,01; 0,26;10,29,-| 0,35 при , получаем при 1000 бар ей, бар, при 4000 бар , 10 бар при 8000 бар S 3 3 lO6ap1 при 20000 бар S- 0,1110 бар и пр 0000 бар ,2810 бар.

Поскольку 1 оэффициенЕ, чувствителности датчика давлени   вл етс 

функцией коэффициентов чувствительности и сопротивлений каждого сло , можно рассчитать и осуществить практическое выполнение структуры с любым законом изменени  коэффициента чувствительности от давлени .

Получить структуру с измен ющимс  .составом компонент арсенида и фосфида галли  по длине образца от одного контакта к другому можно

при эпитаксиальном: наращивании из газовой фазы.

Предлагаемый полупроводниковый датчик давлени  имеет преимущества по сравнению с датчикаьш давлени  из(5а Дб и Ga Д,,., Р , поскольку-позвол ет измер ть давлени  в более широким диапазоне, а именйб 1060000 бар.

Claims (4)

1.Полупроводниковый датчик давлени , содержащий полуизолирующую

подложку и нанесенный на нее чувствительный элемент на основе твердого раствора, например Qa Ли .j, х выполненнглй в виде параллелепипеда с двум  контактами, отличающ и и с   тем, что, с целью расширени  диапазона измер емых давлений, чувствительный элемент представл ет собой структуру с переменным по длине содержанием компонентов арсенида

ггиши  и фосфида /галли , причем содержание одного из компонентой возрастает от одного контакта к другому.

2.Датчик по П.1, о т л и ч а ющ и и с   тем, что содержание фосфида галли  возрастает монотонно по длине датчика от ,01 до ,40.

3.Датчик поп,1, отличающийс  тем, что содержание фосфида галли  возрастает дискретно по длине датчика от ,01 ,40, причем в соседних сло х значени  х отличаютс  на 0,01-0,10,

4.Датчик по пп., о т л и ч. аю щ и и с   тем, что отношение

объемоб соседних,слоев лежит в пределах от 1 до 10.

Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе:

1. М.К-Vas-Qaeiuw arsenide pi-essoi-e Sensor- higrlT tenipei-atures-Hig-ti pressures 1974, T.6, c.237-240.

2. Патент США № 3270562, кл. 73-398, 1966.