Материал: zPUs6LtHHJ

расположение тензорезистора 2 на планарной стороне мембраны, которая является существенным узлом тензомодуля, передающим внешнее механическое воздействие на резисторы. Совместно они образуют идеальную систему по сопряжению температурных коэффициентов (единое тело линейного расширения). Толщина мембраны 4 определяется диапазоном измерения значений внешнего механического воздействия при сохранении общей жесткости конструкции за счет утолщенной части; при этом используется факт изменения сопротивления резисторов при деформации мембраны; ∆Rr R < 0, ∆RτR > 0. Радиальные и тангенциальные резисторы имеют разные знаки приращения, поэтому резисторы располагаются на мембране в строго заданном кристаллографическом направлении и в положении максимальной тензочувствительности (рис. 19, а).

аб

гии: формирование резисторов (см. рис. 18), маскирующего покрытия для анизотропного травления кремния (получение мем-

браны), металлизации и защиты интегральной схемы. Далее идет сборка (посадка на держатель). Для изготовления датчика избыточного давления используется держатель с отверстием, а для датчиков абсолютного давления необходима посадка в вакууме с образованием полости. Посадка осуществляется через материал с ТКЛР, близким к ТКЛР Si и держателя: для герметизации используются низкотемпературные припои, стеклоцемент, анодная посадка, посадка на эвтектику.

При изготовлении интегрально тензопреобразователя (ИТП) мембранного типа используются, как правило, четыре тензорезистора, соединенные в мостовую схему Уинстона. Во избежание ухода нуля (разбаланса) схемы при отсутствии разности давлений с внешней и внутренней сторон резисторы

26

должны изготовляться с высокой точностью как по геометрии, так и по уровню легирования. Последнее может вызвать различие в температурных коэффициентах сопротивлений (ТКС) резисторов. Эти недостатки вызывают дрейф нуля, гистерезис выходного сигнала в температурном диапазоне, нелинейность преобразовательной характеристики. Существует целый набор технических решений для получения оптимального выходного сигнала.

рена также возможность их подгонки (например, выжиганием перемычек с помощью лазера) к необходимому номиналу для проведения точной коррекции.

Разумеется, при такой компенсации чувствительность преобразователя понижается. Увеличения сигнала добиваются оптимальным расположением резисторов по мембране и выбором ее формы. Кроме того, форма мембраны может быть профилирована определенными образом (формирование концентраторов напряжений) для получения более высоких значений π44 в преде-

лах упругости материала. Типичным примером может считаться мембрана с жестким центром (рис. 21). Это дает возможность изготовления датчиков давления с самоограничением (превышение давления сверх нормы не вызывает разрушения мембраны).

При деформации мембраны резисторы, расположенные вблизи жесткого центра, имеют ∆RR > 0, а резисторы, расположенные вдоль кромки заделки мембраны, имеют ∆RR < 0 .

27

Возможен и другой вариант реализации датчика, если использовать изменение емкости между корпусом (основанием) и сейсмической массой. Принцип действия такого датчика аналогичен принципу действия датчика давления.

28

готовлен один из электродов (ионная имплантация фосфора). Другой электрод изготовлен из поликремния. Расстояние между ними ~1 мкм. Разделительным диэлектриком служит нитрид кремния.

Под действием внешнего давления изменяется межэлектродное расстояние конденсатора 3. Чувствительность такого датчика определяется выражением S ~ (∆CC)K , где величина

ДАТЧИКИ ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА ЖИДКИХ СРЕД

Установление связи между составом и каким-либо контролируемым свойством различных веществ всегда занималась аналитическая химия. На основании выявленных закономерностей изменением концентрации ингредиентов, отслеживали изменение свойств вещества. Твердые вещества исследовали аналогичным методом подбора подходящих растворителей. Это достаточно трудоемкая и затратная работа.

Успехи микроэлектроники вывели это направление ‒ химический анализ на новый уровень. Появились химические сенсоры в микроэлектронном исполнении. Реализовалась возможность автономной работы интеллектуальных датчиков с накоплением и обработкой информации, включая управление исполнительными системами. Номенклатура датчиков, определяемая видом отклика на контролируемый параметр и его назначением, постоянно расширяется.

Интересно отметить, что химические сенсоры (жидких и газовых сред) предназначены в основном для контроля среды обитания живых существ, т. е. обеспечивают жизнедеятельность человека. Поэтому это направление весьма актуально.

Остановимся подробнее на датчиках с электрическим откликом, т. е. на тех, которые удобно обрабатывать известными методами.

Проведение химического анализа основывается на ионометрии. Анализируемый состав сильно разбавляют, для того чтобы в нем была возможна диссоциация ингредиентов исходного вещества. Тогда диссоциированные ионы ведут себя подобно молекулам идеального газа и к ним применимы соответствующие законы.

Закон Нернста. В очень разбавленных растворах ионы ведут себя подобно молекулам идеального газа, а эквивалентом давления газа служит осмотическое давление ионов в растворе. Если осмотическое давление какоголибо типа ионов выше, чем другого, то возникает компенсирующий разность давлений обмен электронами на электроде, помещенном в этот раствор.

Рассмотрим некий раствор, содержащий окислитель и восстановитель. Пусть в нем окислитель имеет концентрацию С и давление p, а восстановитель, соответственно, С1 и p1 и, причем p>p1. Опустим в раствор электрод. Тогда окислитель будет принимать электроны от электрода, при этом восстанавливаясь, и на электроде появится положительный заряд. Величина заряда

30