【正文】 形變性能和顯著的壓阻效應(yīng)，利用 單晶硅的壓阻效應(yīng)和集成電路技術(shù)制成的傳感器 ，具有靈敏度高、動態(tài)響應(yīng)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(diǎn)。第三節(jié) 壓阻式壓力傳感器的基本原理 概 述 當(dāng)半導(dǎo)體受到應(yīng)力作用時，由于載流子遷移率的變化 ，電阻率將發(fā)生顯著的變化，稱為 壓阻效應(yīng)，半導(dǎo)體壓阻效應(yīng)一個很重要的特點(diǎn)是 效應(yīng)的各向異性 。因此式（ 525）以增量表示可寫為11（ 528）上式說明，金屬材料在一定應(yīng)變范圍內(nèi)的電阻的變化率與應(yīng)變成正比。對金屬材料而言，前項(xiàng)是主要的，而對半導(dǎo)體材料，后項(xiàng)則是主要的。由式（ 526）可知，金屬材料的靈敏系數(shù)的大小是由兩個因素引起的。 對上式微分可得（ 521）9由于（ 522）所以式（ 522）可寫成 （ 523）（ 524）式中 : μ——電阻絲材料的泊松比 , 負(fù)號表示徑向應(yīng)變與軸向應(yīng)變相反。對微元 段變形前的長度：變形后長度：微元 段的伸長為段的平均伸長：圖 3 應(yīng)變示意圖8為了表示桿件在 點(diǎn)的變形情況，應(yīng)當(dāng)讓 趨于零。圖 3給出直桿 及坐標(biāo)軸 在桿中截取一個微元 ， 和 的坐標(biāo)分別為 和 。它就是在 點(diǎn)截面 上沿 正方向的應(yīng)力。第二個下角標(biāo)記為力的方向，上式給出的應(yīng)力是作用在 點(diǎn)的、垂直于桿軸的截面上的沿桿軸方向的應(yīng)力。圖 1 應(yīng)力示意圖5式中， 值大于零表示拉伸應(yīng)力，小于零表示壓縮應(yīng)力。 如果在桿中 點(diǎn)作一垂直于桿軸的截面并且考慮被這截面分開的左半段桿子，根據(jù)靜力平衡要求，在此截面上分布有合力為 的力，這個力就是右半段桿子通過截面 作用到 左半段桿子上的內(nèi)力。4第一節(jié) 應(yīng)力、應(yīng)變的基本概念 在一組自相平衡的外力作用下物體內(nèi)各個部分產(chǎn)生相互作用力，我們用應(yīng)力來描寫。力學(xué)量傳感器的種類繁多，應(yīng)用較為普遍的有：電阻式、電容式、變磁阻式、振弦式、壓阻式、壓電式、光纖式等。1第 五 章 第六節(jié) 壓阻式壓力傳感器的結(jié)構(gòu)、性能與應(yīng)用第五節(jié) 硅壓阻式壓力傳感器的測量與補(bǔ)償線路第一節(jié) 應(yīng)力、應(yīng)變的基本概念第二節(jié) 導(dǎo)體受力后電阻的變化第三節(jié) 壓阻式壓力傳感器的基本原理第四節(jié) 壓阻式 (擴(kuò)散硅 )壓力傳感器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3第五章 力學(xué)量傳感器　　力學(xué)量傳感器主要是用于測量力、加速度、扭力、壓力、流量等物理量。這些物理量的測量都是與機(jī)械應(yīng)力有關(guān)，所以把這類傳感器稱為力學(xué)量傳感器。不同類型的力學(xué)量傳感器所涉及的原理、材料、特性及工藝也各不相同，本章只準(zhǔn)備對 擴(kuò)散硅壓阻式壓力傳感器 的原理、設(shè)計(jì)及部分工藝作一討論。給一根截面積為 的均勻直桿兩端施加方向相反的拉力 。我們把 作用在單位面積上的內(nèi)力叫做應(yīng)力。應(yīng)力符號的兩個下角標(biāo)中，第一個記為截面法線指向，該應(yīng)力是由法線指向一側(cè)物體作用在法線離開一側(cè)物體上的。如果通過 點(diǎn)作一斜截面，其法線記作 見圖 2，它與桿軸夾角為 ，在它上面作用著沿桿軸方向的合力為 的分布內(nèi)力作用，但是該截面面積為所以每單位面積上沿桿軸方向的內(nèi)力為 圖 2 切應(yīng)力示意圖6相應(yīng)的應(yīng)力為：式中， 為正應(yīng)力， 為切應(yīng)力。為了求得作用在這個斜面上的垂直于截面及在截面內(nèi)的應(yīng)力，可將力 向法線 方向及截面內(nèi) 方向投影，7 在外力作用下物體會產(chǎn)生變形，應(yīng)變是衡量變形大小的力學(xué)量 。當(dāng)桿件兩端受到 力的作用時，桿件會發(fā)生伸長， 、 分別移動到 和 ，它們的坐標(biāo)分別為 ， 。如果考慮桿件的變形很小， 和 有近似關(guān)系這樣就得到所謂 點(diǎn)的應(yīng)變第二節(jié) 導(dǎo)體受力后電阻的變化設(shè)有一根長為 、截面積為 、電阻率為 的導(dǎo)體，其起始電阻為 ，于是有：設(shè)導(dǎo)線在力 作用下，其長度 變化 ，截面 變化 ， 半徑 變化 ，電阻率 變化 ，因而將引起 變化 。 由材料力學(xué)可知 , 在彈性范圍內(nèi) , 金屬絲受拉力時 , 沿軸向伸長 , 沿徑向縮短 , 那么軸向應(yīng)變和徑向應(yīng)變的關(guān)系可表示為：式中 ΔL/L是長度相對變化量 , 用軸向應(yīng)變 ε表示 : 10將式（ 524）代入式（ 523），整理后得到（ 525）或?qū)憺?（ 526）（ 527） 稱為金屬材料的靈敏系數(shù)，即 單位應(yīng)變所引起的電阻變化率 。一個是金屬絲幾何尺寸的變化引起的，即 項(xiàng)；另一個是受力后材料的電阻率變化引起的，即 項(xiàng)。 大量實(shí)驗(yàn)證明，金屬材料在一定應(yīng)變范圍內(nèi)， 為一常數(shù)。這是 金屬應(yīng)變片傳感器 的工作原理。利用這種效應(yīng)制成的傳感器可用于測量力，壓力、加速度、載荷和扭矩等參量。其中硅杯式擴(kuò)散型壓阻式壓力傳感器更成為人們所重視的一種新型傳感器。任何材料電阻的變化率都可由下式?jīng)Q定：對半導(dǎo)體而言，上式中前兩項(xiàng)很小，而電阻率的變化率較大，故半導(dǎo)體電阻的變化率主要是由第三項(xiàng)引起的。 半導(dǎo)體材料的 比 大得多，因而電阻相對變化可寫成（ 5210）上式說明，半導(dǎo)體材料受力后電阻的變化率 主要 是由 引起的，這就是壓阻式傳感器所依據(jù)的原理。 壓阻系數(shù)表征了壓阻效應(yīng)的大小壓阻系數(shù)與摻雜類型、摻雜濃度、溫度和晶向有關(guān)。一、應(yīng)力張量 彈性體內(nèi)某一點(diǎn)的應(yīng)力，要用九個應(yīng)力分量組成的應(yīng)力張量來描述。為了反映應(yīng)力張量只包括六個獨(dú)立分量，常把二階對稱應(yīng)力張量的兩個角標(biāo)簡化成一個角標(biāo)，寫成 形式，并用一列矩陣表示為：（ 5212）其中 稱為 法向應(yīng)力分量 。應(yīng)力的單位是 通常張應(yīng)力取正值；壓應(yīng)力取負(fù)值。九個應(yīng)力分量中有六個是獨(dú)立的。而電阻率的變化率與應(yīng)力之間的關(guān)系是由壓阻系數(shù)聯(lián)系起來的，它們之間的關(guān)系可由下列矩陣方程給出：（ 5213）17由于法向應(yīng)力不可能產(chǎn)生剪切壓阻效應(yīng)，則由于剪切應(yīng)力不可能產(chǎn)生正向壓阻效應(yīng)，則由于剪切應(yīng)力不可能在該應(yīng)力所在平面之外產(chǎn)生壓阻效應(yīng)則：由于單晶硅是正立方晶體，三個晶軸是完全等效的，加之坐標(biāo)系又與晶軸重合，則有