Der Drucksensor verwendet einen monokristallinen Siliziumwafer vom N-Typ als Substrat. Zunächst wird der Siliziumwafer zu einem duktilen krafttragenden Element mit einem bestimmten geometrischen Muster verarbeitet. Hier wird die krafttragende Position des einkristallinen Siliziumwafers in vier P-Typ diffuse Widerstände entlang verschiedener Kristallrichtungen umgewandelt, und dann werden die vier Widerstände verwendet, um vier Arm Wheatstone-Brücke zu bilden, unter der Einwirkung externer Kraft wird die Änderung des Widerstandswertes zu elektrischem Signalausgang. Diese Wheatstone-Brücke mit Druckeffekt ist das Herzstück des Drucksensors und wird allgemein als piezoresistive Brückenschaltung bezeichnet (Abbildung 1). Die Eigenschaften der piezoresistiven Brückenschaltung sind: (1)Der Widerstandswert der vier Arme der Brückenschaltung ist gleich (alle R0); (2) Die piezoresistive Wirkung der benachbarten Arme des Brückenkreises hat den gleichen Nennwert und entgegengesetzte Vorzeichen; (3) Der Widerstand der vier Arme des Brückenkreises Der Temperaturkoeffizient ist der gleiche und bei der gleichen Temperatur von Anfang bis Ende. Auf der Abbildung ist R0 der Widerstandswert, wenn bei der Innentemperatur keine Spannung besteht; 墹RT ist die Änderung, die durch den Temperaturkoeffizienten des Widerstands (α) verursacht wird, wenn sich die Temperatur ändert; 墹Rδ ist die Widerstandsänderung, die durch die Dehnungskraft (ε) verursacht wird; die Brücke Die Ausgangsspannung ist u=I0 und Rδ=I0RGδ (Konstantstromquellenbrücke)
In der Formel ist I0 der konstante Stromquellenstrom und E die Konstantespannungsquellenspannung. Die Ausgangsspannung der piezoresistiven Brückenschaltung korreliert sofort positiv mit der Dehnungskraft (ε) und hat nichts mit dem RT zu tun, der durch den Temperaturkoeffizienten des Widerstands verursacht wird, was die Temperaturdrift der Induktivität stark reduziert. Der am weitesten verbreitete Halbleiterdrucksensor ist ein Sensor zum Testen des Flüssigkeitsdrucks. Die Schlüsselstruktur sind alle Membranboxen, die aus Photovoltaikzellenrohstoffen bestehen (Abbildung 2). Die Membran wird in eine Becherform gebracht, und das Innere des Bechers ist Teil der äußeren Kraft, und der Druckbrückenkreis wird auf der Unterseite des Bechers hergestellt. Verwenden Sie das gleiche Silizium-Einkristallmaterial, um einen kreisförmigen Sockel herzustellen, und verbinden Sie dann die Membran mit dem Sockel. Diese Art von Drucksensor hat die Vorteile einer hohen Empfindlichkeit, geringen Größe, Erstarrung usw. und wurde häufig in Fluggesellschaften, Luft- und Raumfahrt, Instrumentierung und medizinischen Geräten eingesetzt.
