壓阻式傳感器的發(fā)展進(jìn)程

    隨著固體物理學(xué)的發(fā)展，固體的各種效應(yīng)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(yīng)稱為壓阻效應(yīng)。壓阻式傳感器就是利用這種效應(yīng)制成的。壓阻式傳感器主要用于測(cè)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(yīng)，利用硅的壓阻效應(yīng)和集成電路技術(shù)制版的傳感器，具有靈敏度高、動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、測(cè)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(diǎn)。因而是一種應(yīng)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(dǎo)體應(yīng)變片式壓力傳感器)。它的應(yīng)變片是采用單晶硅在生產(chǎn)過(guò)程中接入雜質(zhì)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(gòu)成半橋或全橋電路。當(dāng)彈性體承受壓力后，產(chǎn)生應(yīng)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(hào)輸山，測(cè)定電壓大小就可確定力的大小。這種半導(dǎo)體應(yīng)變片式力傳感器，后來(lái)發(fā)展成在N型硅單晶片上選擇適當(dāng)位置，通過(guò)擴(kuò)散制成厚度極薄的P型硅應(yīng)變電阻條。P型硅應(yīng)變電阻條與N型硅單晶基片(膜片)之間構(gòu)成PN結(jié)，反向偏置后，可使P型硅應(yīng)變電阻條與N型硅基片形成絕緣。把制成的P型硅應(yīng)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(shí)，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(hào)。這種壓阻式傳感器，由于采用了粘片結(jié)構(gòu)，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(wèn)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(shù)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(kuò)散型壓阻式傳感器。它克服了上述壓阻式傳感器的問(wèn)題，其性能優(yōu)良，易于小型化和批量生產(chǎn)，而且能把應(yīng)變電阻條、補(bǔ)償線路、信號(hào)調(diào)整，甚至能將計(jì)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(yīng)用，成為人們更為重視的一種新型傳感器。