اصل سنسور فشار چیست؟
سنسورهای فشار نیمه هادی را می توان به دو دسته تقسیم کرد ، یکی بر اساس اصل اساسی است که اتصال PN نیمه هادی (یا اتصال Schottky) در ویژگی های I-υ تحت تنش تغییر می کند. ویژگی های این نوع اجزای حساس به فشار بسیار ناپایدار هستند و تا حد زیادی توسعه نیافته اند. دیگری سنسوری است که بر اساس اثر پیزوریستیک نیمه هادی شکل گرفته است ، که نوع اصلی سنسور فشار نیمه هادی است. در روزهای اولیه ، اکثر فشارسنج های نیمه هادی بر روی عناصر الاستیک چسبانده می شدند تا ابزارهای مختلف آزمایش تنش و کرنش ساخته شوند. در دهه 1960 ، همراه با توسعه فناوری تراشه های مدار یکپارچه نیمه هادی ، سنسورهای فشار نیمه هادی با مقاومت های انتشار به عنوان اجزای پیزو مقاوم ظاهر شد. این نوع سنسور فشار دارای ساختاری ساده و قابل اعتماد است. اجزای متحرک نسبی وجود ندارد. عنصر حساس به فشار و عنصر الاستیک سنسور یکپارچه شده است که عقب ماندگی تجهیزات مکانیکی و کاهش تنش را از بین می برد و ویژگی های سنسور را بهبود می بخشد.
اثر پیزو مقاومتی نیمه هادی ها نیمه هادی ها دارای یک ویژگی مربوط به نیروهای خارجی هستند ، یعنی مقاومت (با علامت ρ نشان داده می شود) با نیروی زمین تغییر می کند ، که به آن اثر پیزورزیستی می گویند. تغییر نسبی مقاومت تحت عملكرد واحد تنش زمین ، ضریب پیزوآرامی نامیده می شود و با علامت π نمایش داده می شود. در فرمول ریاضی به صورت ρ/ρ=πσ بیان شده است
در فرمول ، σ نشان دهنده استرس است. تغییر در مقدار مقاومت (R/R) که یک مقاومت نیمه هادی هنگام ایجاد تنش باید ایجاد کند ، با تغییر مقاومت تعیین می شود ، بنابراین معادله رابطه ای بالا برای اثر پیزورزیستی نیز می تواند به صورت R/R=πσ نوشته شود.
تحت تأثیر نیروی خارجی ، تنش زمین (σ) و کرنش (ε) در کریستال نیمه هادی ایجاد می شود. رابطه داخلی بین آنها توسط مدول (Y) ماده اولیه (Y) Young&#مواد اولیه ، یعنی Y=σ/ε تعیین می شود.
اگر اثر پیزو مقاومتی بر حسب کرشی که نیمه هادی می تواند تحمل کند بیان شود ، R/R=Gε
G ضریب حساسیت سنسور فشار نامیده می شود که نشان دهنده تغییر نسبی مقاومت ناشی از کرنش واحد است.
شاخص پیزو مقاومتی یا فاکتور چابکی پارامتر فیزیکی اساسی اثر پیزوریستیک نیمه هادی است. رابطه بین آنها همان رابطه بین تنش و کرنش زمین است که توسط مدول مواد اولیه Young' ، یعنی G=πY تعیین می شود.
از آنجا که کریستال های نیمه رسانا از نظر کشش ناهمسانگرد هستند ، مدول و ضریب پیزو مقاومتی Young&با جهت کریستال تغییر می کند. اندازه اثر پیزورس نیمه هادی نیز با مقاومت نیمه هادی ارتباط تنگاتنگی دارد. هرچه مقاومت کمتر باشد ، مقدار ضریب حساسیت کمتر است. اثر مقاومت در برابر نفوذ توسط گرایش تبلور و غلظت ناخالصی مقاومت انتشار تعیین می شود. غلظت ناخالصی اصلی به غلظت ناخالصی سطح لایه انتشار اشاره دارد.
