Kakšen je princip senzorja tlaka?
Polprevodniške senzorje tlaka lahko razdelimo v dve kategoriji, ena temelji na osnovnem načelu, da se polprevodniški PN-spoj (ali Schottkyjev spoj) spremeni pod vplivom I-υ lastnosti. Značilnosti te vrste komponent, občutljivih na pritisk, so zelo nestabilne in niso bile močno razvite. Drugi je senzor, oblikovan na osnovi polprevodniškega piezorezistivnega učinka, ki je glavna vrsta polprevodniškega senzorja tlaka. V prvih dneh je bila večina elastičnih merilnikov odpornosti polprevodnikov nalepljena na elastične elemente za izdelavo različnih instrumentov za testiranje napetosti in deformacij. V šestdesetih letih prejšnjega stoletja so se skupaj s tehnološkim razvojem polprevodniških čipov z integriranimi vezji pojavili polprevodniški senzorji tlaka z difuzijskimi upori kot piezorezistenčne komponente. Ta tip senzorja tlaka ima preprosto in zanesljivo strukturo. Relativnih premikajočih se komponent ni. Element, občutljiv na pritisk, in elastični element senzorja sta integrirana, kar odpravlja zaostalost mehanske opreme in sprostitev napetosti ter izboljšuje lastnosti senzorja.
Piezo -uporniški učinek polprevodnikov Polprevodniki imajo značilnost, povezano z zunanjimi silami, to pomeni, da se upornost (označena z oznako ρ) spreminja s silo tal, kar imenujemo piezo -uporniški učinek. Relativna sprememba upornosti pod vplivom enotne napetosti na tleh se imenuje piezorezistivni koeficient in je predstavljena z oznako π. Izraženo v matematični formuli kot 墹 ρ/ρ=πσ
V formuli σ predstavlja stres. Sprememba vrednosti upora (R/R), ki jo mora povzročiti polprevodniški upor, ko je izpostavljen stresu, je določena s spremembo upora, zato lahko zgornjo relacijsko enačbo za piezo -uporniški učinek zapišemo tudi kot R/R=πσ
Pod delovanjem zunanje sile v polprevodniškem kristalu nastanejo določene napetosti tal (σ) in deformacije (ε). Notranje razmerje med njima določa Young' s modulom (Y) surovine, to je Y=σ/ε
Če je piezorezistenčni učinek izražen v smislu deformacije, ki jo lahko prenese polprevodnik, potem je R/R=Gε
G imenujemo faktor občutljivosti senzorja tlaka, ki predstavlja relativno spremembo upora, ki jo povzroči napetost enote.
Piezorezistivni indeks ali faktor spretnosti je temeljni fizikalni parameter polprevodniškega piezorezistivnega učinka. Razmerje med njima je enako razmerju med obremenitvijo tal in deformacijo, ki ga določa Young&modul surovine, to je G=πY
Ker so polprevodniški kristali po elastičnosti anizotropni, se Young' s modul in piezorezistivni koeficient spreminjata z orientacijo kristala. Velikost polprevodniškega piezorezistivnega učinka je tesno povezana tudi z uporom polprevodnika. Manjši kot je upor, manjša je vrednost faktorja občutljivosti. Piezorezistentni učinek difuzijskega upora je določen s težnjo kristalizacije in koncentracijo nečistoč difuzijskega upora. Ključna koncentracija nečistoč se nanaša na koncentracijo površinske nečistoče v difuzijski plasti.
