壓阻式傳感器的發(fā)展進程

更新時間：2025-06-24

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隨著固體物理學的發(fā)展，固體的各種效應逐漸被人們所發(fā)現(xiàn)。固體受到力的作用后，電阻率將發(fā)生顯著的變化這種效應稱為壓阻效應。壓阻式傳感器就是利用這種效應制成的。壓阻式傳感器主要用于測量力，壓力、加速度、載荷和扭矩等參量。
硅晶體有良好的彈性形變性能和顯著的壓阻效應，利用硅的壓阻效應和集成電路技術制版的傳感器，具有靈敏度高、動態(tài)響應快、測量精度高、穩(wěn)定性好、工作溫度范圍寬、易于小型化和批量生產(chǎn)及使用方便等特點。因而是一種應用日益廣泛、發(fā)展非常迅速的傳感器。早期的硅壓力傳感器稱為體型壓力傳感器(又稱半導體應變片式壓力傳感器)。它的應變片是采用單晶硅在生產(chǎn)過程中接入雜質硼，形成具有一定電阻率的晶體，然后將單品硅切割加工成薄片矩形條，粘貼在金屬或其它材料制成的彈性元件上，構成半橋或全橋電路。當彈性體承受壓力后，產(chǎn)生應力，使硅片受到壓縮或拉伸，硅的電阻率發(fā)
生變化，產(chǎn)生正比于力的電壓信號輸山，測定電壓大小就可確定力的大小。這種半導體應變片式力傳感器，后來發(fā)展成在N型硅單晶片上選擇適當位置，通過擴散制成厚度極薄的P型硅應變電阻條。P型硅應變電阻條與N型硅單晶基片(膜片)之間構成PN結，反向偏置后，可使P型硅應變電阻條與N型硅基片形成絕緣。把制成的P型硅應變電阻條連接成惠斯頓電橋，這就是壓阻式傳感器的芯片。把芯片粘貼在彈性元件上，汽壓力作用于彈性元件時，芯片上的電橋在壓力作用下出現(xiàn)不平衡，輸出一正比于壓力變化的電壓信號。這種壓阻式傳感器，由于采用了粘片結構，所以存在著較大的滯后和蠕變現(xiàn)像，并具有固有頻率較倔、稻皮不夠高、小型化集成化有困難等問題，因此影響了它的使用和發(fā)展。
70年代，采用集成電路技術制造壓阻式傳感器獲得了極大的發(fā)展。制成了周邊固支的電阻與硅膜片一體化的硅杯式擴散型壓阻式傳感器。它克服了上述壓阻式傳感器的問題，其性能優(yōu)良，易于小型化和批量生產(chǎn)，而且能把應變電阻條、補償線路、信號調整，甚至能將計算處理電路集成在一塊硅片上，制成智能傳感器，這使壓阻式傳感器獲得了更廣泛的應用，成為人們更為重視的一種新型傳感器。