RU2507490C1 - Sensor of absolute pressure of high accuracy based on semiconducting sensitive element with rigid centre - Google Patents
Sensor of absolute pressure of high accuracy based on semiconducting sensitive element with rigid centre Download PDFInfo
- Publication number
- RU2507490C1 RU2507490C1 RU2012144906/28A RU2012144906A RU2507490C1 RU 2507490 C1 RU2507490 C1 RU 2507490C1 RU 2012144906/28 A RU2012144906/28 A RU 2012144906/28A RU 2012144906 A RU2012144906 A RU 2012144906A RU 2507490 C1 RU2507490 C1 RU 2507490C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- center
- crystal
- thin part
- distance
- relative
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Pressure Sensors (AREA)
Abstract
Description
Предлагаемое изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения давления жидких и газообразных агрессивных сред.The present invention relates to measuring technique and can be used to measure the pressure of liquid and gaseous aggressive media.
Известна конструкция датчика давления с чувствительным элементом на основе структуры «кремний на сапфире» [1], который жестко соединен высокотемпературным стеклоприпоем с керамической чашкой (с образованием полости) и установлен методом поверхностного монтажа на герметично закрепленную между корпусом и крышкой эластичную гофрированную мембрану, содержащую токоведущие дорожки. При деформации сформированных на чувствительном элементе тензорезисторов, включенных в мостовую измерительную цепь, на ее выходе возникает электрический сигнал, прямо пропорциональный приложенному измеряемому давлению.A known design of a pressure sensor with a sensitive element based on the structure "silicon on sapphire" [1], which is rigidly connected by high-temperature glass solder to a ceramic cup (with the formation of a cavity) and mounted by surface mounting on an elastic corrugated membrane that is sealed between the case and the lid, contains live conductors tracks. When the strain gauges formed on the sensitive element are deformed and are included in the bridge measuring circuit, an electrical signal arises at its output, which is directly proportional to the applied measured pressure.
Известна конструкция чувствительного элемента датчика давления мембранного типа [2], представляющая собой монокристаллический кремниевый кристалл n-типа проводимости, планарная сторона которого ориентирована по кристаллографической плоскости (100) с углублением на тыльной стороне кристалла, образующим квадратную в плане мембрану. На планарной стороне мембраны сформированы четыре однополосковых тензорезистора p-типа проводимости таким образом, что их продольные оси параллельны одной из главных осей мембраны, совпадающей с кристаллографическим направлением [110].A known design of the sensor element of the membrane type pressure sensor [2], which is a n-type single crystal silicon crystal, the planar side of which is oriented along the crystallographic plane (100) with a recess on the back of the crystal, forming a square membrane in plan. Four p-type conductivity strain gauges are formed on the planar side of the membrane so that their longitudinal axes are parallel to one of the main axes of the membrane, which coincides with the crystallographic direction [110].
Известна конструкция полупроводникового датчика абсолютного давления, чувствительный элемент которого выполнен в виде монокристаллической кремниевой пластины, с одной рабочей стороны которой сформированы диффузионные резисторы и герметично присоединена защитная крышка с вакуумной полостью, со второй стороны выполнено углубление, образующее мембрану под тензорезисторами, на мембране сформирован жесткий центр [3].A known construction of a semiconductor absolute pressure sensor, the sensitive element of which is made in the form of a single-crystal silicon wafer, diffusion resistors are formed on one working side and a protective cover with a vacuum cavity is sealed, a recess is formed on the second side, forming a membrane under the strain gauges, a rigid center is formed on the membrane [3].
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому решению является конструкция полупроводникового датчика абсолютного давления, выбранного в качестве прототипа [4]. Такой датчик содержит корпус со штуцером, герметизирующую контактную колодку, металлическую мембрану, несжимаемую жидкость, полупроводниковый чувствительный элемент, состоящий из стеклянного основания и профилированного полупроводникового кристалла (квадратного), в центре тонкой части которого сформирован жесткий центр (квадратной формы). Профилированный полупроводниковый кристалл соединен электростатическим способом со стеклянным основанием в вакууме, между ними образована вакуумированная полость, обеспечивающая измерение абсолютных давлений. На рабочей части чувствительного элемента сформированы тензорезисторы, объединенные в мостовую измерительную цепь.The closest in technical essence to the proposed solution is the design of a semiconductor absolute pressure sensor selected as a prototype [4]. Such a sensor contains a housing with a fitting, a sealing contact block, a metal membrane, an incompressible liquid, a semiconductor sensitive element consisting of a glass base and a shaped semiconductor crystal (square), in the center of the thin part of which a rigid center (square shape) is formed. The profiled semiconductor crystal is electrostatically connected to a glass base in a vacuum, a vacuum cavity is formed between them, which provides absolute pressure measurements. On the working part of the sensitive element, strain gages are formed, combined in a bridge measuring circuit.
Существенные признаки прототипа, общие с заявленным устройством, следующие: корпус со штуцером, герметизирующая контактная колодка, металлическая мембрана, несжимаемая жидкость.The essential features of the prototype, common with the claimed device, are as follows: a body with a fitting, a sealing contact block, a metal membrane, an incompressible liquid.
Общим недостатком конструкций чувствительных элементов датчиков давления, описанных в [1-4], является сравнительно большая нелинейность измерительной цепи, которая обусловлена тем, что расположенные на кристалле тензорезисторы, воспринимающие относительные положительные деформации, и тензорезисторы, воспринимающие относительные отрицательные деформации, неодинаково деформируются. Вследствие этого происходит неодинаковое изменение сопротивлений тензорезисторов смежных плеч мостовой измерительной цепи. Появляется погрешность от нелинейности мостовой измерительной цепи, снижающая точность измерения. Нелинейность измерительной цепи датчика зависит от коэффициента симметрии k и относительных изменений сопротивлений плеч измерительной цепи ε1, ε2, ε3, ε4 [5]. Для тензорезисторных датчиков, у которых относительное изменение сопротивления одного плеча обычно не превышает 0,01, при k=1 величина нелинейности составляет ~ 0,3÷0,6%, если рабочими являются два плеча. Кроме того, известные технические решения не обеспечивают высокую чувствительность (из-за неоптимального расположения тензорезисторов на кристалле), технологичность (из-за отсутствия возможности оптимального расположения тензорезисторов при различных отношениях размера жесткого центра квадратной формы к размеру тонкой части квадратного полупроводникового чувствительного элемента) и надежность (из-за возможности разрушения тонкой части полупроводникового кристалла при воздействии перегружающих давлений).A common drawback of the designs of the sensitive elements of the pressure sensors described in [1–4] is the relatively large nonlinearity of the measuring circuit, which is due to the fact that strain gauges located on the crystal that sense relative positive deformations and strain gauges that sense relative negative deformations are not uniformly deformed. As a result of this, an unequal change in the resistances of the strain gauges of adjacent arms of the bridge measuring circuit occurs. An error appears from the nonlinearity of the bridge measuring circuit, which reduces the accuracy of the measurement. The non-linearity of the measuring circuit of the sensor depends on the symmetry coefficient k and the relative changes in the resistance of the arms of the measuring circuit ε 1 , ε 2 , ε 3 , ε 4 [5]. For strain gauge sensors, in which the relative change in the resistance of one arm usually does not exceed 0.01, for k = 1 the magnitude of the nonlinearity is ~ 0.3–0.6% if two arms are working. In addition, the known technical solutions do not provide high sensitivity (due to the non-optimal location of the strain gages on the crystal), manufacturability (due to the lack of the possibility of optimal location of the strain gages with different ratios of the size of the rigid center of the square shape to the size of the thin part of the square semiconductor sensitive element) and reliability (due to the possibility of destruction of the thin part of the semiconductor crystal when exposed to overload pressures).
Целью изобретения является повышение точности за счет уменьшения нелинейности измерительной цепи датчика.The aim of the invention is to improve accuracy by reducing the non-linearity of the measuring circuit of the sensor.
Данная цель достигается тем, что в известном датчике абсолютного давления, содержащем корпус со штуцером, герметизирующую контактную колодку, металлическую мембрану, несжимаемую жидкость, полупроводниковый чувствительный элемент, состоящий из стеклянного основания и квадратного профилированного полупроводникового кристалла, в центре тонкой части которого сформирован жесткий центр квадратной формы, на рабочей части полупроводникового кристалла сформирована мостовая измерительная цепь, состоящая из четырех тензорезисторов, в соответствии с предлагаемым решением, размер жесткого центра определен из соотношения:This goal is achieved by the fact that in the known absolute pressure sensor containing a housing with a fitting, a sealing contact block, a metal membrane, an incompressible liquid, a semiconductor sensing element consisting of a glass base and a square shaped semiconductor crystal, in the center of the thin part of which a rigid center of a square is formed forms, on the working part of the semiconductor crystal a bridge measuring circuit is formed, consisting of four strain gages, respectively According to the proposed solution, the size of the rigid center is determined from the ratio:
где hж.ц. - толщина жесткого центра, которая выбрана из соотношения: zh.ts. where h - the thickness of the rigid center, which is selected from the ratio:
где hт.ч. - толщина тонкой части полупроводникового кристалла, при этом центры одних тензорезисторов, включенных в противоположные плечи мостовой измерительной цепи и воспринимающих относительные положительные деформации, расположены на расстоянии от центра кристалла, определенном из соотношения:where h incl - the thickness of the thin part of the semiconductor crystal, while the centers of the strain gauges included in the opposite arms of the bridge measuring circuit and perceiving relative positive deformations are located at a distance from the center of the crystal, determined from the relation:
где Lт.ч. - размер тонкой части полупроводникового кристалла;where L incl. - the size of the thin part of the semiconductor crystal;
r1(Lт.ч., lж.ц.) - относительное расстояние до места расположения центров тензорезисторов, воспринимающих относительные положительные деформации;r 1 (L including , l f.c. ) - the relative distance to the location of the centers of the strain gauges, perceiving relative positive deformation;
lж.ц. - размер жесткого центра, размещенного в центре тонкой части полупроводникового кристалла;l women - the size of the rigid center located in the center of the thin part of the semiconductor crystal;
k - полиномиальный коэффициент, принимающий значения в соответствии с таблицей 1;k is a polynomial coefficient taking values in accordance with table 1;
нижний индекс i - индекс, определяющий полиномиальный коэффициент в соответствии с таблицей 1;subscript i is the index defining the polynomial coefficient in accordance with table 1;
верхний индекс i - степень, в которую возводится переменная
а центры других тензорезисторов, включенных в противоположные плечи мостовой измерительной цепи и воспринимающих относительные отрицательные деформации, расположены на расстоянии от центра кристалла, определенного из соотношения:and the centers of other strain gauges included in the opposite shoulders of the bridge measuring circuit and perceiving relative negative deformations are located at a distance from the center of the crystal, determined from the relation:
где r2(Lт.ч., lж.ц.) - относительное расстояние до места расположения центров тензорезисторов, воспринимающих относительные отрицательные деформации;where r 2 (L including , l f.c. ) - the relative distance to the location of the centers of the strain gauges, perceiving relative negative deformation;
l - полиномиальный коэффициент, принимающий значения в соответствии с таблицей 2;l is a polynomial coefficient taking values in accordance with table 2;
нижний индекс i - индекс, определяющий полиномиальный коэффициент в соответствии с таблицей 2;subscript i is the index defining the polynomial coefficient in accordance with table 2;
верхний индекс i - степень, в которую возводится переменная
На фиг.1 показана конструкция предлагаемого датчика абсолютного давления повышенной точности. Датчик содержит корпус 1 со штуцером 2, герметизирующую контактную колодку 3, металлическую мембрану 4, несжимаемую жидкость 5, полупроводниковый чувствительный элемент 6. Несжимаемая жидкость заливается через трубку 7, расположенную в контактной колодке 3.Figure 1 shows the design of the proposed absolute pressure sensor of high accuracy. The sensor comprises a
На фиг.2 показана 3D-модель полупроводникового чувствительного элемента датчика абсолютного давления, состоящего из профилированного полупроводникового кристалла 8, соединенного электростатическим способом со стеклянным основанием 9 в вакууме. На тонкой части 10 полупроводникового кристалла 8 сформирован жесткий центр 11. Между полупроводниковым кристаллом 8 и стеклянным основанием 9 находится вакуумированная полость 12, обеспечивающая измерение абсолютного давления.Figure 2 shows a 3D model of a semiconductor sensing element of the absolute pressure sensor, consisting of a profiled
На рабочей части полупроводникового кристалла 8 сформирована мостовая измерительная цепь 13 (фиг.3,а), состоящая из четырех идентичных тензорезисторов 14-17 (фиг.3,б). Центры тензорезисторов 14, 16, воспринимающих относительные положительные деформации, расположены на расстоянии R1 от центра кристалла, определенного из соотношения (3), а центры тензорезисторов 15, 17, воспринимающих относительные отрицательные деформации, расположены на расстоянии R2 от центра кристалла, определенного из соотношения (4).On the working part of the
Рассмотрим пример.Consider an example.
Возьмем размер тонкой части полупроводникового кристалла Lт.ч.=2,5 мм, толщину тонкой части полупроводникового кристалла hт.ч.=30 мкм.Take the size of the thin part of the semiconductor crystal L incl. = 2.5 mm, the thickness of the thin part of the semiconductor crystal h incl. = 30 μm.
В соответствии с выражением (2) определим минимальную толщину жесткого центра:In accordance with expression (2), we determine the minimum thickness of the rigid center:
hж.ц.≥4·hт.ч.=4·30 мкм=120 мкм.h f.c. ≥4 · h incl. = 4 · 30 μm = 120 μm.
Примем hж.ц.=200 мкм. В соответствии с выражением (1) определим минимальный размер жесткого центра:Assume h zh.ts. = 200 μm. In accordance with expression (1), we determine the minimum size of the hard center:
Примем lж.ц.=1 мм.L accept zh.ts. = 1 mm.
Подставив значения в формулу (3), получим:Substituting the values in the formula (3), we obtain:
При этом относительное расстояние
Аналогично вычислим расстояние R2 в соответствии с формулой (4) и таблицей 2.Similarly, calculate the distance R 2 in accordance with formula (4) and table 2.
При этом относительное расстояние
Соотношение для размера жесткого центра lж.ц. в соответствии с (1) определено исходя из того, что минимальный размер жесткого центра не может быть меньше, чем отношение толщины жесткого центра hж.ц. к тангенсу 6 угла α=54,4° - угла травления кремния [6], умноженное на 2 (фиг.3,а), т.е.The ratio for the size of the hard center l zh.ts. in accordance with (1) defined based on the fact that the rigid center minimum size can not be less than the ratio of the thickness h of the rigid center zh.ts. to the
Соотношение для минимальной толщины жесткого центра hж.ц. в соответствии с (2) было получено в результате моделирования деформаций методом конечных элементов. При определенных значениях размера тонкой части полупроводникового кристалла Lт.ч., размера жесткого центра, размещенного в центре тонкой части полупроводникового кристалла, lж.ц., толщины тонкой части полупроводникового кристалла hт.ч. изменялась толщина жесткого центра hж.ц. и фиксировались данные о максимальных относительных положительных деформациях и максимальных относительных отрицательных деформациях. По полученным данным были построены зависимости абсолютных значений максимальных относительных положительных деформаций 18 и максимальных относительных отрицательных деформаций 19 от отношения толщины жесткого центра hж.ц. к толщине тонкой части полупроводникового кристалла hт.ч. (фиг.4). Из данных зависимостей установлено, что при выполнении соотношения (2) максимальные относительные положительные деформации и максимальные относительные отрицательные деформации принимают постоянные значения.The ratio for the minimum thickness of the hard center h z.ts. in accordance with (2), it was obtained as a result of modeling deformations by the finite element method. At certain values of the size of the thin part of the semiconductor crystal L incl. , The size of the rigid center positioned in the center of the thin portion of the semiconductor chip, l zh.ts. , the thickness of the thin part of the semiconductor crystal h incl. the thickness of the hard center h z.c. and recorded data on the maximum relative positive deformations and maximum relative negative deformations. The data obtained have been constructed according to the absolute values of the maximum relative deformation of 18 positive and negative relative maximum deformation ratio of the
Соотношения для относительных расстояний расположения тензорезисторов r1 и r2, входящие в формулы (3) и (4), были получены в результате моделирования деформаций методом конечных элементов. При определенных значениях толщины тонкой части полупроводникового кристалла hт.ч., толщины жесткого центра hж.ц., удовлетворяющей условию (2), размера тонкой части полупроводникового кристалла Lт.ч. изменялись значения размера жесткого центра lж.ц. в диапазоне от значения, удовлетворяющего условию (1), и до значения, стремящегося к размеру тонкой части полупроводникового кристалла Lт.ч., и определялись значения относительных деформаций на границе тонкой части, т.е. на расстоянии Lт.ч./2, значения относительных деформаций на границе жесткого центра, т.е. на расстоянии lж.ц./2, а также значение расстояния от центра кристалла, где относительные отрицательные деформации принимают максимальное значение. На фиг.5 показаны зависимости относительных деформаций ε на рабочей части полупроводникового кристалла 8 при изменении отношения размера жесткого центра lж.ц. к размеру тонкой части мембраны lт.ч., где кривая 20 - значения относительных деформаций на границе тонкой части полупроводникового кристалла, т.е. на расстоянии Lт.ч./2 от центра кристалла; кривая 21 - значения модуля относительных отрицательных деформаций на границе жесткого центра, т.е. на расстоянии lж.ц./2 от центра кристалла; кривая 22 - значения модуля максимальных относительных отрицательных деформаций на некотором расстоянии от центра кристалла. Было установлено, что относительные деформации 20 и 21 на границах тонкой части и жесткого центра полупроводникового кристалла имеют различные значения, следовательно, размещение тензорезисторов в данных местах приводит к повышению нелинейности мостовой измерительной цепи датчика. Значения максимальных относительных отрицательных деформаций 22 находятся на некотором отдалении от жесткого центра. Затем определялись значения расстояний от центра кристалла, где относительные отрицательные деформации принимают максимальное значение, а относительные положительные деформации принимают значение, равное по модулю максимальным относительным отрицательным деформациям. Полученные данные аппроксимировались полиномом в диапазоне от значения, удовлетворяющего условию (1), и до значения, стремящегося к размеру тонкой части полупроводникового кристалла Lт.ч., в итоге были получены выражения (3) и (4).The ratios for the relative distance of the location of the strain gages r 1 and r 2 included in formulas (3) and (4) were obtained as a result of the simulation of deformations by the finite element method. At certain values of the thickness of the thin part of the semiconductor crystal h incl. , The thickness h of the rigid center zh.ts. satisfying condition (2), the size of the thin part of the semiconductor crystal L incl. changed dimension value of the rigid center l zh.ts. in the range from a value satisfying condition (1) to a value tending to the size of the thin part of the semiconductor crystal L incl. , and the values of relative strains at the boundary of the thin part were determined, i.e. at a distance of L incl. / 2, the values of the relative deformations at the boundary of the rigid center, i.e. at a distance l zh.ts. / 2, as well as the value of the distance from the center of the crystal, where the relative negative strains take the maximum value. 5 shows the dependence of the relative deformation ε on the working part of the
На фиг.6 показана зависимость относительного расстояния r2, где относительные отрицательные деформации принимают максимальное значение, от отношения размера жесткого центра к размеру тонкой части полупроводникового кристалла, полученные в результате моделирования деформаций методом конечных элементов (23), и по формуле (4) (кривая 24).Figure 6 shows the dependence of the relative distance r 2 , where the relative negative strains take the maximum value, on the ratio of the size of the hard center to the size of the thin part of the semiconductor crystal obtained as a result of modeling strains by the finite element method (23), and by the formula (4) ( curve 24).
На фиг.7 показана зависимость относительного расстояния r1, где относительные положительные деформации принимают значение, равное по модулю максимальным относительным отрицательным деформациям, от отношения размера жесткого центра к размеру тонкой части полупроводникового кристалла, полученные в результате моделирования деформаций методом конечных элементов (25), и по формуле (3) (кривая 26).Figure 7 shows the dependence of the relative distance r 1 , where the relative positive deformations take a value equal in absolute value to the maximum relative negative deformations, on the ratio of the size of the hard center to the size of the thin part of the semiconductor crystal obtained as a result of modeling deformations by the finite element method (25), and by the formula (3) (curve 26).
Датчик давления работает следующим образом. Измеряемое давление воздействует на металлическую мембрану 4, передающую воздействие давления через несжимаемую жидкость 5 полупроводниковому чувствительному элементу 6 (фиг.1), состоящему из профилированного полупроводникового кристалла 8, соединенного электростатическим способом со стеклянным основанием 9 в вакууме (фиг.2). В результате того, что на тонкой части 10 полупроводникового кристалла 8 сформирован жесткий центр 11, размер lж.ц. которого определен из условия (1), а толщина жесткого центра hж.ц. определена из условия (2), повышается надежность датчика, т.к. при воздействии перегружающих давлений жесткий центр 11 опирается на стеклянное основание 9 и, тем самым, предотвращается разрушение тонкой части 10 полупроводникового кристалла 8. В результате воздействия давления на рабочей части полупроводникового кристалла 8 возникают деформации, которые воспринимаются тензорезисторами 14-17 (фиг.3,б), включенными в мостовую измерительную цепь 13 (фиг.3,а). Изменение сопротивлений тензорезисторов преобразуется мостовой измерительной цепью в выходное напряжение. В связи с размещением центров тензорезисторов 15, 17, воспринимающих относительные отрицательные деформации, на расстоянии R1 от центра кристалла, определенного из соотношения (4), они оказываются расположенными в зоне максимальных относительных отрицательных деформаций. Так как центры тензорезисторов 14, 16, воспринимающих относительные положительные деформации, расположены на расстоянии R1 от центра кристалла, определенного из соотношения (3), они оказываются в зоне относительных положительных деформаций по абсолютному значению, равных максимальным относительным отрицательным деформациям. Благодаря такому размещению тензорезисторов уменьшена нелинейность мостовой измерительной цепи датчика, за счет этого повышена точность датчика по сравнению с прототипом.The pressure sensor operates as follows. The measured pressure acts on the
Кроме того, точность датчика повышается за счет повышения чувствительности, поскольку тензорезисторы 15 и 17 расположены в зоне максимальных относительных отрицательных деформаций, а тензорезисторы 14 и 16 - в зоне равных им относительных положительных деформаций, при этом относительные изменения сопротивлений тензорезисторов 15, 17 и 14, 16 складываются в мостовой измерительной цепи. В предлагаемом техническом решении обеспечивается высокая чувствительность благодаря оптимальному расположению тензорезисторов на кристалле. Предлагаемый датчик давления повышенной точности на основе полупроводникового чувствительного элемента с жестким центром обладает повышенной технологичностью, поскольку представляется возможным заранее определять оптимальное расположение тензорезисторов при различных отношениях размера жесткого центра квадратной формы к размеру тонкой части квадратного полупроводникового чувствительного элемента. Также предлагаемый датчик давления обладает повышенной надежностью, поскольку исключается возможность разрушения тонкой части полупроводникового кристалла при воздействии перегружающих давлений.In addition, the accuracy of the sensor is increased by increasing sensitivity, since the strain gauges 15 and 17 are located in the zone of maximum relative negative deformations, and the strain gauges 14 and 16 are in the zone of equal relative positive deformations, while the relative changes in the resistances of the strain gauges 15, 17 and 14, 16 are stacked in a bridge measuring circuit. The proposed technical solution provides high sensitivity due to the optimal location of the strain gauges on the chip. The proposed high-precision pressure sensor based on a semiconductor sensitive element with a rigid center has improved adaptability, since it seems possible to determine in advance the optimal location of the strain gages for various ratios of the size of the rigid center of the square shape to the size of the thin part of the square semiconductor sensitive element. Also, the proposed pressure sensor has increased reliability, since it eliminates the possibility of destruction of a thin part of the semiconductor crystal when exposed to overload pressures.
Таким образом, благодаря отличительным признакам изобретения повышается точность датчика за счет улучшения линейности выходной характеристики, обеспечивается высокая чувствительность и технологичность, путем размещения тензорезисторов оптимальным образом при различных отношениях размера жесткого центра квадратной формы к размеру тонкой части квадратного полупроводникового чувствительного элемента.Thus, due to the distinguishing features of the invention, the accuracy of the sensor is improved by improving the linearity of the output characteristic, high sensitivity and manufacturability are ensured by arranging the strain gages in an optimal manner for various ratios of the size of the rigid center of the square shape to the size of the thin part of the square semiconductor sensitive element.
Источники информацииInformation sources
1. Стефанович В.А., Лебедев Г.Б., Нелина С.Н. Датчик давления // Пат. 2392592 Российская Федерация, МПК G01L 9/04. / Заявка 2009116703/28 от 30.04.2009; опубл. 20.06.2010.1. Stefanovich V.A., Lebedev G.B., Nelina S.N. Pressure sensor // Pat. 2392592 Russian Federation,
2. Беликов Л.В., Разумихин В.М. Чувствительный элемент мембранного типа // Пат. 93027803 Российская Федерация, МПК G01L 9/04. / Заявка 93027803/10 от 18.05.1993; опубл. 27.12.1995.2. Belikov L.V., Razumikhin V.M. The sensitive element of the membrane type // Pat. 93027803 Russian Federation,
3. Данилова Н.Л., Панков В.В., Суханов В.С. Микроэлектронный датчик абсолютного давления и чувствительный элемент абсолютного давления // Пат. 2362133 Российская Федерация, МПК G01L 9/04, H01L 29/84. / Заявка 2007148423/28 от 27.12.2007; опубл. 20.07.2009.3. Danilova N.L., Pankov V.V., Sukhanov V.S. Microelectronic Absolute Pressure Sensor and Absolute Pressure Sensor // Pat. 2362133 Russian Federation,
4. Баринов И.Н. Полупроводниковые тензорезистивные датчики давления на основе КНД-структуры / Компоненты и технологии. 2009, №5. - С.12.-15.4. Barinov I.N. Semiconductor strain gauge pressure sensors based on the KND structure / Components and technologies. 2009, No5. - S.12.-15.
5. Васильев В.А., Тихонов А.И. Анализ и синтез измерительных цепей преобразователей информации на основе твердотельных структур // Метрология. - М., 2003. - №1. - С.3-20.5. Vasiliev V.A., Tikhonov A.I. Analysis and synthesis of measuring circuits of information converters based on solid-state structures // Metrology. - M., 2003. - No. 1. - S.3-20.
6. Распопов В.Я. Микромеханические приборы / Тульский Государственный университет - Тула, 2002 - 392 с.6. Raspopov V.Ya. Micromechanical devices / Tula State University - Tula, 2002 - 392 p.
Claims (1)
где hж.ц. - толщина жесткого центра, которая выбрана из соотношения:
где hт.ч. - толщина тонкой части полупроводникового кристалла, при этом центры одних тензорезисторов, включенных в противоположные плечи мостовой измерительной цепи и воспринимающих относительные положительные деформации, расположены на расстоянии от центра кристалла, определенном из соотношения:
где Lт.ч. - размер тонкой части полупроводникового кристалла;
r1 (Lт.ч., lж.ц.) - относительное расстояние до места расположения центров тензорезисторов, воспринимающих относительные положительные деформации;
lж.ц. - размер жесткого центра, размещенного в центре тонкой части полупроводникового кристалла;
k - полиномиальный коэффициент, принимающий значения в соответствии с таблицей 1;
нижний индекс i - индекс, определяющий полиномиальный коэффициент в соответствии с таблицей 1;
верхний индекс i - степень, в которую возводится переменная в соответствии с таблицей 1;
а центры других тензорезисторов, включенных в противоположные плечи мостовой измерительной цепи и воспринимающих относительные отрицательные деформации, расположены на расстоянии от центра кристалла, определенного из соотношения:
где r2 (Lт.ч., lж.ц.) - относительное расстояние до места расположения центров тензорезисторов, воспринимающих относительные отрицательные деформации;
l - полиномиальный коэффициент, принимающий значения в соответствии с таблицей 2;
нижний индекс i - индекс, определяющий полиномиальный коэффициент в соответствии с таблицей 2;
верхний индекс i - степень, в которую возводится переменная в соответствии с таблицей 2,
where h zh.ts. - the thickness of the rigid center, which is selected from the ratio:
where h incl - the thickness of the thin part of the semiconductor crystal, while the centers of the strain gauges included in the opposite arms of the bridge measuring circuit and perceiving relative positive deformations are located at a distance from the center of the crystal, determined from the relation:
where L incl. - the size of the thin part of the semiconductor crystal;
r 1 (L including , l f.c. ) - the relative distance to the location of the centers of the strain gauges, perceiving relative positive deformation;
l women - the size of the rigid center located in the center of the thin part of the semiconductor crystal;
k is a polynomial coefficient taking values in accordance with table 1;
subscript i is the index defining the polynomial coefficient in accordance with table 1;
superscript i is the degree to which the variable is raised in accordance with table 1;
and the centers of other strain gauges included in the opposite shoulders of the bridge measuring circuit and perceiving relative negative deformations are located at a distance from the center of the crystal, determined from the relation:
where r 2 (L including , l f.c. ) - the relative distance to the location of the centers of the strain gauges, perceiving relative negative deformation;
l is a polynomial coefficient taking values in accordance with table 2;
subscript i is the index defining the polynomial coefficient in accordance with table 2;
superscript i is the degree to which the variable is raised according to table 2,
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012144906/28A RU2507490C1 (en) | 2012-10-22 | 2012-10-22 | Sensor of absolute pressure of high accuracy based on semiconducting sensitive element with rigid centre |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012144906/28A RU2507490C1 (en) | 2012-10-22 | 2012-10-22 | Sensor of absolute pressure of high accuracy based on semiconducting sensitive element with rigid centre |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2507490C1 true RU2507490C1 (en) | 2014-02-20 |
Family
ID=50113359
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2012144906/28A RU2507490C1 (en) | 2012-10-22 | 2012-10-22 | Sensor of absolute pressure of high accuracy based on semiconducting sensitive element with rigid centre |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2507490C1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2558675C1 (en) * | 2014-06-17 | 2015-08-10 | Валерий Анатольевич Васильев | Sensor of absolute pressure of increased sensitivity based on semiconductor sensitive element |
RU212797U1 (en) * | 2022-04-05 | 2022-08-09 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт автоматики им. Н.Л. Духова" (ФГУП "ВНИИА") | Absolute pressure sensor with increased stability |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7380459B1 (en) * | 2006-01-17 | 2008-06-03 | Irvine Sensors Corp. | Absolute pressure sensor |
RU2362133C1 (en) * | 2007-12-27 | 2009-07-20 | Государственное Учреждение "Научно-производственный комплекс "Технологический центр" Московского Государственного института электронной техники" (ГУ НПК "ТЦ" МИЭТ) | Microelectronic absolute pressure gage and absolute pressure sensor |
RU2451270C1 (en) * | 2011-04-05 | 2012-05-20 | Валерий Анатольевич Васильев | Semiconductor high-precision absolute pressure sensor |
-
2012
- 2012-10-22 RU RU2012144906/28A patent/RU2507490C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7380459B1 (en) * | 2006-01-17 | 2008-06-03 | Irvine Sensors Corp. | Absolute pressure sensor |
RU2362133C1 (en) * | 2007-12-27 | 2009-07-20 | Государственное Учреждение "Научно-производственный комплекс "Технологический центр" Московского Государственного института электронной техники" (ГУ НПК "ТЦ" МИЭТ) | Microelectronic absolute pressure gage and absolute pressure sensor |
RU2451270C1 (en) * | 2011-04-05 | 2012-05-20 | Валерий Анатольевич Васильев | Semiconductor high-precision absolute pressure sensor |
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
Баринов И.Н. Полупроводниковые тензорезистивные датчики давления на основе КНД-структуры. - Компоненты и технологии, No.5, 2009, с.12-15. * |
Баринов И.Н. Полупроводниковые тензорезистивные датчики давления на основе КНД-структуры. - Компоненты и технологии, №5, 2009, с.12-15. * |
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2558675C1 (en) * | 2014-06-17 | 2015-08-10 | Валерий Анатольевич Васильев | Sensor of absolute pressure of increased sensitivity based on semiconductor sensitive element |
RU212797U1 (en) * | 2022-04-05 | 2022-08-09 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт автоматики им. Н.Л. Духова" (ФГУП "ВНИИА") | Absolute pressure sensor with increased stability |
RU220891U1 (en) * | 2023-04-19 | 2023-10-09 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Микротензор" (Ооо "Микротензор") | High Temperature Strain Resistive Smart Pressure Transmitter |
RU219402U1 (en) * | 2023-05-03 | 2023-07-14 | Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Всероссийский Научно-Исследовательский Институт Автоматики Им.Н.Л.Духова" (Фгуп "Внииа") | Absolute pressure transmitter with increased mechanical strength |
RU223684U1 (en) * | 2024-01-16 | 2024-02-28 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт автоматики им.Н.Л. Духова" (ФГУП "ВНИИА") | Mechanically ultra-high-strength absolute pressure sensor |
RU230026U1 (en) * | 2024-07-30 | 2024-11-11 | Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Всероссийский Научно-Исследовательский Институт Автоматики Им.Н.Л.Духова" (Фгуп "Внииа") | Overpressure sensing element with upgraded base structure for improved stability |
RU230059U1 (en) * | 2024-07-30 | 2024-11-13 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт автоматики им. Н.Л. Духова" (ФГУП "ВНИИА") | Overpressure sensing element with increased mechanical strength and stability |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US11226251B2 (en) | Method of making a dual-cavity pressure sensor die | |
US11255740B2 (en) | Pressure gauge chip and manufacturing process thereof | |
RU167464U1 (en) | INTEGRAL SENSITIVE PRESSURE TRANSDUCER ELEMENT WITH TEMPERATURE SENSOR | |
CN1176693A (en) | Pressure sensors and pressure transmitters | |
KR20040079323A (en) | Semiconductor pressure sensor having diaphragm | |
Li et al. | High-pressure sensor with high sensitivity and high accuracy for full ocean depth measurements | |
US10607901B2 (en) | Stress sensor for semiconductor components | |
CN102288354A (en) | Piezo-resistive pressure sensor | |
RU2362133C1 (en) | Microelectronic absolute pressure gage and absolute pressure sensor | |
RU2362236C1 (en) | Matrix of ic pressure transducers | |
RU2507490C1 (en) | Sensor of absolute pressure of high accuracy based on semiconducting sensitive element with rigid centre | |
RU167463U1 (en) | RADIATION-RESISTANT HIGH TEMPERATURE STRAIN SENSITIVE PRESSURE TRANSDUCER ELEMENT | |
RU2451270C1 (en) | Semiconductor high-precision absolute pressure sensor | |
CN113203515B (en) | Pressure measuring device | |
CN102539063B (en) | High-pressure sensor chip with SOI (silicon on insulator) rectangular film structure | |
CN113203514B (en) | Pressure sensor | |
RU2457577C1 (en) | Multifunctional measurement module | |
RU2469436C1 (en) | Integrated pressure transducer with three solid centres | |
RU2362132C1 (en) | Integrated pressure transducer | |
CN1128991C (en) | X-type silicon microstrain solid-state piezo-resistance sensor and its making technology | |
RU2558675C1 (en) | Sensor of absolute pressure of increased sensitivity based on semiconductor sensitive element | |
SU960559A2 (en) | Pressure pickup | |
RU2382369C1 (en) | Strain accelerometre | |
RU2115897C1 (en) | Integral converter of deformation and temperature | |
RU183909U1 (en) | Small radiation resistant high temperature strain gauge pressure transducer element |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20141023 |
|
NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20160220 |
|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20171023 |