Пьезорезистивный эффект

Пьезорезистивный эффект описывает изменение электрического сопротивления в материал из - за давление или натяжение . Первые публикации по этой теме относятся к Перси В. Бриджмену в 1920-х годах, который, среди прочего, интенсивно занимался влиянием высоких давлений на свойства материалов.

описание

Разрез пьезорезистора в полупроводнике

Это изменение сопротивления происходит в каждом материале, но оно гораздо более выражено в полупроводниковых материалах, чем в металлах, где оно довольно незначительно по сравнению с изменением сопротивления, вызванным изменением геометрии проводника. В случае полупроводников на силу эффекта также может легко влиять ориентация монокристалла, то есть направление, в котором ток течет через компонент, и легирование посторонними атомами.

применение

Техническое применение пьезорезистивного эффекта - измерение силы или давления с помощью тензодатчика (DMS).

Преимуществом по сравнению с металлическими тензодатчиками является их высокая чувствительность. Кроме того, могут быть реализованы положительные и отрицательные коэффициенты пропорциональности (K-факторы), чтобы упростить установку полных мостов. Таким образом, с кремнием может быть достигнуто гораздо более высокое разрешение. Из-за нелинейности диапазон измерения ограничен меньшими деформациями, чем у металлических тензодатчиков.

Кремний можно деформировать лишь в ограниченной степени - по сравнению с металлами он имеет высокий модуль упругости и хрупкость; Однако его электрическое сопротивление изменяется из-за пьезорезистивного эффекта больше, чем можно было бы ожидать от изменений геометрии, вызванных механическими напряжениями (фактор от 4 до 90). Пьезорезистивные датчики из кремния значительно дешевле в производстве, чем так называемые тонкопленочные датчики. Они также используются в качестве датчиков давления, поскольку мембрана, необходимая для преобразования давления в деформацию, сами датчики и электроника для оценки и регулировки могут быть размещены на полупроводниковой пластине. С другой стороны, в случае металлических тонкопленочных сенсоров необходимо использовать отдельную металлическую мембрану (обычно из нержавеющей стали), что означает больше усилий.

веб ссылки

Индивидуальные доказательства

  1. ↑ Перси В. Бриджмен: Влияние напряжения на электрическое сопротивление некоторых аномальных металлов . В: Труды Американской академии искусств и наук . лента 57 , нет. 1 , 1922, стр. 39-66 , JSTOR : 20025885 .
  2. ^ Перси В. Бриджмен: Влияние натяжения на поперечное и продольное сопротивление металлов . В: Труды Американской академии искусств и наук . лента 60 , 1925, стр. 423-449 , JSTOR : 25130064 .