王健的半导体物理课件压阻效应.ppt

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资源描述

1、. :是指当半导体受到应力作用时, 由于载流子(运载电荷的粒子称为载流子 )迁移率的变化,使其电阻率发生变化的现象。 来源:来源:它是C.S史密斯在1954年对硅和锗的电阻率与应力变化特性测试中发现的。 压阻效应的强弱可以用压阻系数来表征。 压阻系数压阻系数 定义:定义:单位应力作用下电阻率的相对变化。压阻效应有各向异性特征。 即:沿不同的方向施加应力和沿不同方向通过电流,其电阻率变化会不相同。 . 压阻效应压阻效应是用来描述材料在受到机械式应力下所产生的电阻变化。不同于压电效应,压阻效应只产生阻抗变化,并不会产生电荷。 利用这种效应制成的传感器可用于测量力,压力、加速度、载荷和扭矩等参量。硅

2、晶体有良好的弹性形变性能和显著的压阻效应,利用硅的压阻效应和集成电路技术制成的传感器,具有灵敏度高、动态响应快、测量精度高、稳定性好、工作温度范围宽、易于小型化和批量生产及使用方便等特点 。. 弹性形变:弹性形变:任何物体受外力作用,都会发生,外力消失,形变也消失。 单轴应力单轴应力:指形变沿某一个方向纵向拉伸或压缩。 应力应力: 定义:单位横截面积 上受到的力。公式: T = f n / s( T表示应力,外力 为f n ,截面积为 s ). 设有一根长为 l、 截面积 为 s 、电阻率为p 的导 体,其起电阻为R,于是有:SlRdrdrldlRdR2材料电阻的变化率GeeYvTveeRdR

3、212对半导体而言,上式中前两项很小,而电阻率的变化率较大,故半导体电阻的变化率主要是由第三项引起的。 式中, 为压阻系数 ; 为应力 ; 为弹性模量 ; 为纵向应变. GG 为半导体材料的灵敏系数12NmT2NmY2Nme. 半导体材料的 比 大得多, 因而电阻相对变化可写成Tev21ev21TdRdR上式说明,半导体材料受力后电阻的变化率 主要是由 引起的,这就是压阻式传感器所依据的原理。RdRd.最新科技进展及应用领域压阻效应被用来制成各种压力、应力、各种压力、应力、应变、速度、加速度传感器应变、速度、加速度传感器,把力学量把力学量转换成电信号转换成电信号。例如:压阻加速度传感器压阻加速

4、度传感器是在其内腔的硅梁根部集成压阻桥(其布置与电桥相似),压阻桥的一端固定在传感器基座上,另一端挂悬着质量块。当传感器装在被测物体上随之运动时,传感器具有传感器具有与被测件相同的加速度,质量块按牛顿与被测件相同的加速度,质量块按牛顿定律(第二定律)产生力作用于硅梁上,定律(第二定律)产生力作用于硅梁上,形成应力,使电阻桥受应力作用而引起形成应力,使电阻桥受应力作用而引起其电阻值变化其电阻值变化。把输入与输出导线引出传感器,可得到相应的电压输出值。该电压输出值表征了物体的加速度。. 市场上成熟的样品:. 如:HB2119系列硅压阻中、低硅压阻中、低量程压力传感器量程压力传感器 特点特点: :

5、自主设计制造的微机械加工的敏感芯片 隔离膜片密封充液的专利技术 高可靠性和稳定性 专业生产线批量生产、成本低、性能价格比高 恒流、恒压供电模式的温度补偿网络 不锈钢封装、便于使用装配 应用领域应用领域:航天航空、石油化工、水、电及冶金制造、医药卫生、食品加工、空调、制冷设备、城市给水及污水处理等.HB53-DPFJ系列真空静电封接机主要特点主要特点: :1.1.在在真空或大气状态真空或大气状态下下, ,通过施加一通过施加一浮动压力浮动压力, ,在温度及在温度及 电场的作用下电场的作用下, , 完成硅完成硅- -玻璃玻璃、玻璃玻璃- -硅硅- -玻璃的单层玻璃的单层 或或“三明治三明治”形式静电

6、封接,形式静电封接, 实现硅芯片与玻璃的实现硅芯片与玻璃的无应力键合无应力键合。2.2.满足满足MSMSMSMS技术对无应力封装的需求。技术对无应力封装的需求。3.3.满足满足4 4英寸以下全部英寸以下全部MEMSMEMS技术技术 下的静电封接需求。下的静电封接需求。4.PLC+PID4.PLC+PID智能控制。智能控制。.HB2166系列硅压阻复合压力传感器 HB2166系列硅压阻复合压力传感器硅压阻复合压力传感器采用硅集成压阻芯片作为传感元件,采用微机械加工技术自主设计制作,能够同时实现对现场中的差压、静压、差压、静压、温度等参数进行测量温度等参数进行测量,具有精度高、体积小、重量轻、稳定

7、性好等特点。采用四膜片静压和过载保护结构,全不锈钢壳体,316L隔离膜片封装及标准差压容室接口,可用来测量差压、静压、流量、液位、温度等参数,广泛应用于石油、化工、电力、造纸等工业领域的测量与过程控制。.HB3188系列硅电容差压变送器 HB3188系列硅电容差压变送器电容差压变送器采用微机械加工技术自主设计制作的硅电容差压敏感芯片作为传感元件, 具有全固态,高精度,高可靠性,高稳定性,温度范围宽,温度、静压影响小,单向过载特性优异等特点。 同时它拥有最新技术,现场抗干扰能力强,抗干扰能力强,两线制,符合HART通讯协议。采用数字温度补偿技术,温度性能优异。结构小巧、坚固、抗振。采用全不锈钢壳

8、体,316L隔离膜片封装、标准差压容室接口。可用于测量液体、气体的差压、流量等参数,广泛应用于石油、化工、电力、冶金、轻工、食品、环保、锅炉控制、带压容器测量等。. 半导体压阻传感器已经广泛地应用于航空、化工、航海、 动力和医疗等部门。 优点:灵敏度与精度高;易于小型化和集成化;结构简单、工作可靠,在几十万次疲劳试验后,性能 保持不变;动态特性好,其响应频率为103105Hz。 .更多应用将不再一一列举,希望有兴趣的同学仔细研究研究。. 1.压阻效应 :指在应力作用下半导体电阻率的变化指在应力作用下半导体电阻率的变化。在一些半导体中有相当大的压阻效应,这与半导体的电子电子能带结构能带结构有关。2.压阻效应是各向异性各向异性的,要用压阻参量压阻参量 (四阶参量)来描述,它与电阻率变量参量电阻率变量参量kg2 (二价参量)和应力参量应力参量测量压阻效应。 3.简单加应力的方法方法:流体静压强效应流体静压强效应。这时不改变晶体对称性,并可加很大的压强。锗、硅的电阻率都随压强增大而变大。切切应力效应应力效应。利用单轴拉伸或压缩,这时会改变晶体对称性 。.

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