Halbleiterdrucksensoren können in zwei Kategorien unterteilt werden, eine basiert auf dem Grundprinzip, dass sich der Halbleiter-PN-Übergang (oder Schottky-Übergang) unter Belastung in I-υ-Eigenschaften ändert. Die Eigenschaften dieser Art von druckempfindlichen Komponenten sind sehr instabil und wurden nicht stark entwickelt. Der andere ist der Sensor, der auf der Grundlage des piezoresistiven Halbleitereffekts gebildet wird, der die Hauptart des Halbleiterdrucksensors ist. In den frühen Tagen wurden die meisten Halbleiterwiderstands-Dehnungsmessstreifen auf die elastischen Elemente geklebt, um verschiedene Spannungs- und Dehnungsprüfgeräte herzustellen. In den 1960er Jahren erschienen zusammen mit der technologischen Entwicklung von Halbleiterchips für integrierte Schaltkreise Halbleiterdrucksensoren mit Diffusionswiderständen als piezoresistive Komponenten. Diese Art von Drucksensor hat eine einfache und zuverlässige Struktur. Es gibt keine relativ beweglichen Komponenten. Das druckempfindliche Element und das elastische Element des Sensors sind integriert, was die Rückständigkeit mechanischer Geräte und Spannungsrelaxation beseitigt und die Eigenschaften des Sensors verbessert.
Die piezoresistive Wirkung von Halbleitern Halbleiter haben eine Eigenschaft, die mit äußeren Kräften zusammenhängt, dh der Widerstand (angezeigt durch die Markierung ρ) ändert sich mit der Kraft der Masse, die als piezoresistiver Effekt bezeichnet wird. Die relative Änderung des Widerstands unter Einwirkung der Bodenspannung der Einheit wird als piezoresistiver Koeffizient bezeichnet und durch die Markierung π dargestellt. Ausgedrückt in mathematischer Formel als 墹ρ/ρ=πσ
In der Formel stellt σ Stress dar. Die Änderung des Widerstandswertes (R/R), die ein Halbleiterwiderstand verursachen muss, wenn er einer Spannung ausgesetzt ist, wird durch die Änderung des Widerstands bestimmt, so dass die obige relationale Gleichung für den piezoresistiven Effekt auch als R/R=πσ geschrieben werden kann.
Unter Einwirkung äußerer Kraft werden bestimmte Bodenspannungen (σ) und Dehnungen (ε) im Halbleiterkristall verursacht. Die innere Beziehung zwischen ihnen wird durch den Elastizitätsmodul (Y) des Rohstoffs bestimmt, d.b. Y = σ / ε
Wenn der piezoresistive Effekt in Form der Dehnung ausgedrückt wird, der der Halbleiter standhalten kann, dann ist R/R=Gε
G wird als Empfindlichkeitsfaktor des Drucksensors bezeichnet, der die relative Widerstandsänderung darstellt, die durch die Einheitsdehnung verursacht wird.
Der piezoresistive Index oder Geschicklichkeitsfaktor ist der grundlegende physikalische Parameter des halbleiter piezoresistiven Effekts. Die Beziehung zwischen ihnen ist die gleiche wie die Beziehung zwischen Bodenspannung und Dehnung, die durch den Elastizitätsmodul des Ausgangsmaterials bestimmt wird, d. m. G = πY
Da Halbleiterkristalle anisotrop in der Elastizität sind, ändern sich Youngs Elastizitätsmodul und piezoresistiver Koeffizient mit der Kristallorientierung. Die Größe des piezoresistiven Halbleitereffekts hängt auch eng mit dem Widerstand des Halbleiters zusammen. Je niedriger der Widerstand, desto kleiner der Wert des Empfindlichkeitsfaktors. Die piezoresistive Wirkung des Diffusionswiderstandes wird durch die Kristallisationstendenz und Verunreinigungskonzentration des Diffusionswiderstandes bestimmt. Die Schlüsselverunreinigungskonzentration bezieht sich auf die Oberflächenverunreinigungskonzentration der Diffusionsschicht.
