【正文】 ??n)(212121)(244121144121111//?????????????????)(21)21212121)((44121144121112???????????????????))((2 21212121212144121111// nlnmml ?????? ?????))(( 22212221222144121112 nnmmll ??????? ?????11:24 AM 82 11 12// 44 4401122P ??? ? ? ????? ? ? ?對 型 硅 ：44 12 11// 11 1110,21144N ? ? ?? ? ? ??? ? ?? ? ?對 型 硅 ：11:24 AM 83 例 2：計算（ 110）晶面內(nèi) [110]晶向的縱向與橫向壓阻系數(shù)。 ?設(shè)（ 110）晶面內(nèi)晶向的一般形式為 [hkl],則： 0011 ?????? lkhkh ????取（ 110）晶面內(nèi) [110] 晶向的橫向為 [001] ][ lhh一般形式為：?11:24 AM 84 ?設(shè) [110] 與 [001] 晶向的方向余弦分別為：l m n1, l m n2 01 ?n21)1(11221????l21)1(11221??????m02 ?l02 ?m12 ?n11:24 AM 85 )(212121)(244121144121111//?????????????????1244121112 0)(?????????????02144//??????型硅：對 P1111//2141????????型硅：對 N11:24 AM 86 影響壓阻系數(shù)的因素 擴(kuò)散電阻的 表面雜質(zhì)濃度 和 溫度 。 120 140 100 80 60 40 20 1018 1019 1020 1021 表面雜質(zhì)濃度 NS /cm3 P型 Si(π44) N型 Si(π11) π11或 π 44 / 1011m2/N T=24℃ 壓阻系數(shù)與表面雜質(zhì)濃度 NS的關(guān)系 ?擴(kuò)散雜質(zhì)濃度增加，壓阻系數(shù)都要減小 11:24 AM 87 解釋： 1ne??????n：載流子濃度 ?e：載流子所帶電荷 ?μ ：載流子遷移率 ?ρ ：電阻率 ?Ns↑→雜質(zhì)原子數(shù)多 →載流子多 → n↑→ρ↓ ?雜質(zhì)濃度 Ns↑→ n↑→在應(yīng)力作用下 ρ的變化更小△ ρ↓→△ ρ/ ρ↓ ???? ??????11:24 AM 88 ?表面雜質(zhì)濃度低時，溫度增加壓阻系數(shù)下降快 ?表面雜質(zhì)濃度高時，溫度增加壓阻系數(shù)下降慢 11:24 AM 89 ?????en1解釋： ?T↑→載流子獲得的動能 ↑→運(yùn)動亂→μ↓→ρ↑↑→△ ρ/ ρ ↓→ π ↓ ? Ns大， μ變化較小 → π變化小 ? Ns小， μ變化大 → π變化大 ? Ns大： –π受溫度影響小 –高濃度擴(kuò)散，使 pn結(jié)擊穿電壓 ↓→絕緣電阻↓ →漏電 →漂移 →性能不穩(wěn)定 11:24 AM 90 ? 固態(tài)壓阻壓力傳感器，誕生于六十年代末期。它較之傳統(tǒng)的膜合力平衡式、變電感式、變電容式、金屬應(yīng)變片式及半導(dǎo)體應(yīng)變片式傳感器技術(shù)上先進(jìn)得多， 目前仍是壓力測量領(lǐng)域最新一代傳感器 。 ? 由于各自的特點(diǎn)及局限性，它雖然不能全面取代上述各種力學(xué)量傳感器，但是，從八十年代中期以后，在傳感器市場上，它已是壓力傳感器中的重要品種， 并與壓電式幾乎平分了加速度傳感器的國際市場 。 ? 目前，在以大規(guī)模集成電路技術(shù)和計算機(jī)軟件技術(shù)介入為特色的 智能傳感器技術(shù) 中，由于它能做成單片式多功能復(fù)合敏感元件來構(gòu)成智能傳感器，因此最受矚目。 四、固態(tài)壓阻器件 11:24 AM 91 利用固體擴(kuò)散技術(shù) ， 將 P型雜質(zhì)擴(kuò)散到一片 N型硅底層上 ， 形成一層極薄的導(dǎo)電 P型層 ， 裝上引線接點(diǎn)后 ， 即形成擴(kuò)散型半導(dǎo)體應(yīng)變片 。 若在圓形硅膜片上擴(kuò)散出四個 P型電阻 ， 構(gòu)成惠斯通電橋的四個臂 ， 這樣的敏感器件通常稱為固態(tài)壓阻器件 ， 如圖所示 。 １ ２ ３ ４ ５ ７ ６ 1 NSi膜片 2 PSi導(dǎo)電層 3 粘貼劑 4 硅底座 5 引壓管 6 Si 保護(hù)膜 7 引線 固態(tài)壓阻器件的結(jié)構(gòu)原理 11:24 AM 92 當(dāng)硅單晶在任意晶向受到縱向和橫向應(yīng)力作用時，如圖 (a)所示，其阻值的相對變化為： 式中 σ l—— 縱向應(yīng)力； σ t—— 橫向應(yīng)力； π l—— 縱向壓阻系數(shù)； π t—— 橫向壓阻系數(shù)。 力敏電阻受力情況示意圖 l l t tRR ? ? ? ?? ??（ a） [001] [100] [010] πl(wèi)σl πtσt R 11:24 AM 93 在硅膜片上 ， 根據(jù) P型電阻的擴(kuò)散方向不同可分為 徑向電阻 和 切向電阻 ， 如圖 (b)所示 。 擴(kuò)散電阻的長邊平行于膜片半徑時為 徑向電阻 Rr；垂直于膜片半徑時為 切向電阻 Rt。 當(dāng)圓形硅膜片半徑比 P型電阻的幾何尺寸大得多時 ， 其電阻相對變化可分別表示如下： ttrlrRR ???? ???????? ?rttltRR ???? ???????? ?πtσr πl(wèi)σr πtσt πl(wèi)σt Rr Rt （ b） l l t tRR ? ? ? ?? ??11:24 AM 94 若圓形硅膜片周邊固定 ， 在均布壓力的作用下 ， 當(dāng)膜片位移遠(yuǎn)小于膜片厚度時 ， 其膜片的應(yīng)力分布為： 式中 r、 x、 h—— 膜片的 有效半徑 、 計算點(diǎn)半徑 、厚度 （ m） ； μ —— 泊松系數(shù) ， 硅取 μ =； P—— 壓力 （ Pa） 。 ? ? ? ?2223 138r P rxh? ? ???? ? ? ???? ? ? ?2223 1 1 38t P rxh? ? ???? ? ? ???11:24 AM 95 σt σr σr σt σt σr 3P 4 r h 2 3Pμ 4 r h 2 3P(1+μ) 8 r h 2 平膜片的應(yīng)力分布圖 根據(jù)上兩式作出曲線就可得圓形平膜片上各點(diǎn)的應(yīng)力分布圖 。 x= ， σ r=0； x ， σ r0， 即為拉應(yīng)力； x ， σ r0， 即為壓應(yīng)力 。 x= ， σ t=0， 僅有 σ r存在 ， 且 σ r0， 即為壓應(yīng)力 。 0 1 11:24 AM 96 方案一 ：既利用縱向壓阻效應(yīng)又利用橫向 壓阻效應(yīng) 在 [001]晶向的 N型硅膜片上，沿 [110]與[110]兩晶向擴(kuò)散四個 P型電阻條 x y z 11:24 AM 97 trrRR ??????????? ?????????? ?//11//rttRR ??????????? ?????????? ?//11//[110] [110] 11:24 AM 98 在 [110]晶向：擴(kuò)散兩個徑向 P型電阻 2 2 2 2 2 2// 4 4 1 1 1 1 1 12 ( )l m m n l n??? ? ?1 1 111 022l m n? ? ? ?// 4 412????2 2 2 2 2 244 1 2 1 2 1 2()l l m m n n??? ? ? ? ?2 2 211 022l m n? ? ?4412???? ? ?11:24 AM 99 在 [110]晶向：擴(kuò)散兩個切向 P型 電阻 2 2 2 2 2 2// 4 4 1 1 1 1 1 12 ( )l m m n l n?? ? ? ?02121111 ??? nml // 4 412????02121222 ???? nml 4412???? ? ?2 2 2 2 2 244 1 2 1 2 1 2()l l m m n n??? ? ? ? ?11:24 AM 100 所以 ： 24 4 4 4 213( ) ( 1 )28 rtrR p rRh? ? ? ? ????? ? ? ? ?????24 4 4 4 213( ) ( 1 )28 rttR p rRh? ? ? ? ????? ? ? ? ?????tr RRRR?????? ????????? ??11:24 AM 101 rRR?????? ?tRR?????? ??????? ?RRr 電阻變化與 r的關(guān)系： 11:24 AM 102 如：擴(kuò)散在 ，此時 σt=0 rrrRR ????44// 21???????? ?tr RRRR?????? ????????? ??rrtRR ????4421???