SU1265466A1 - Интегральный тензопреобразователь - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к области измерени  механических величин электрическими методами. Целью изобретени   вл етс  повьшение точности измерени  за счет увеличени  чувствительности и расширени  диапазона измерений. Интегральный тензопреобразователь содержит упругий элемент, выполненный из кремни , на котором методами планарной технологии сформированы т.ензочувствительные МДП-транзисторы 13-16, объедипе п-1ые в мостовую схему преобраз .овани , а также ВДП-транзистор 17 с дополнительными электродами 11 и 12, которые служат дл  сн ти  выходного сигнала, МДП-транзистор. 17 истоком 8 и стоком 9 соединен с диагональю питани  тензочувствительного моста, затвором 10 - с цепью смещени , а дополнительными электродами 11 и 12 соединен с затворами МДП-транзисторов 13-16. МДП-транзистор 17  вл етс  вторым тензочувствительным элементом, расположенньгм в зоне деформации,и его канал ориентирован таким образом, чтобы под С S действием деформации выходной сигнал с дополнительных электродов 11 и 12 был макси шлен. В св зи с тем, с: что дополнительные электроды 11 и 12 соединены с затворами МДП-транзисторов 13-16, образующих противофазные половины моста, происходит го увеличение изменени  напр жени  на сд выходе интегрального тензопреобра зовател , вызванного тензочувстви4 тельностью последних. 4 ил. О О гит. 05

Description

№

.Общий

йа.Л Изобретение относитс  к изменению механических величин электрическими методами и может быть использовано дл  измерени  деформации . Целью изобретени   вл- етс  повышение точности измерени  за счет ув личени  чувствительности и расшире . ки  диапазона измерений. На фиг. 1 представлен интегральный тензопреобразователь, общий вид; на фиг. 2 - топологи  МДП-транзистора с дополнительными электродами; на фиг. 3 - принципиальна  электрическа  схема интегрального преобразовател , на фиг. 4 - зависимост выходного сигнала интегрального тензопреобразовател  от величины приложенного механического напр жени . Интегральный тензопреобразовател содержит упругий элемент 1, выпол- , ненный из кремни , .область 2, где расположен тензочувствительный мост из четырех МДП-транзисторов, и область 3, где расположен п тый МДПтранзистор с двум  дополнительными электродами, выполн ющий функции вт рого тензочувствнтельного элемента. На упругом элементе 1 указана его. лини  4 закреплени . П тый МДП-тран зистор содержит сильно л егированные области истока 5 и стока 6, провод щий канал 7, электрода. от истока, .стока и затвора соответственно , а также дополнительные сильнолегированные области с дополнительными электродами П и 12. Допол нительные электроды 11 и 12 примыка ют к боковым границам провод щего канала 7 МДП-транзистора, расположе ны между истоком 5 и стоком 6 строго друг против друга и служат ,а/1  сн ти  выходного сигнала. Принципиальна  электрическа  схе ма интегрального тензбпреобразовател  содержит тензочувствительный мост из МДП-транзисторов 13-16 и МДП-транзистор 17 с дополнительными электродами 11 и 12, причем МДПтранзистор 17 электродами 8 и 9 сое динен с диагональю питани  тензочувствительного моста, электродом 10 - с целью смещени , а дополнительными электродами П и 12 - с затворами МДП-транзисторов 13-16. МДП-транзисторы 13-17 на упругом элементе 1 вьтолн ютс  методами планарной технологии в едином тех66 нологическом цикле (используетс  дл  их изготовлени  стандартна  КМОПтехнологи ) и располагаютс  на нем в зоне деформации, а именно в област х 2 и 3. Тензочувствительна  схема из МДПтранзисторов 13-17 изготавливаетс  на плоскости кремни .с ориентацией (ЮО). Каналы МДП-транзисторов 1316 ориентированы вдоль взаимно перпендикул рных направлений типа 110.. Такой выбор ориентации каналов делаетс  с целью получени  максимальной чувствительности. Размеры каналов определ ютс  заданным выход--ным сопротивлением схемы. Остальные размеры соответствуют стандартным требовани м к топологии ЩП-транзисторных интегральных схем. Плоскость (10П) удобна тем, что на ней реализуютс  М7Щ-транзисгоры 13-17 с минимальными пороговыми напр жени ми. МДП-транзистор 17 расположен в зоне деформации и его провод щий канал 7 ориентирован таким образом, чтобы под действием деформации выходной сигнал с дополнительных электродов 11 и 12 был максимален. Выходной сигнал с электродов 11 и 12 того же пор дка, что и у тензопреобразователей с мостовой схемой преобразовани , а начальный уровень сигнала, очень мал и определ етс  точностью операций фотолитографии и легировани  при изготовлении МДПтранзистора 17. Устройство работает следующим образом. Под действием деформации токи МДП-транзисторов 13 и 16 уменьшаютс , а токи МДП-транзисторов 14 и 15 увеличиваютс , поэтому потенциал в средней точке полумоста, образованного МДП-транзисторами 13 и 15, уменьшаетс , а потенциал в средней точке полумоста, образованного МДПтранзисторами 14 и 16, увеличиваетс , т.е. потенциалы в средних точках измен ютс  противофазно, обеспечива  тем самым большой выходной сигнал. Все транзисторы 13-16 моста наход тс  в пологой области БАХ, что обеспечивает высокую их чувствительность к деформации (фиг. 4). Выход- . ной сигнал тензопреобразовател  сильно зависит от напр ж.ени  на затворах МДП-транзисторов 13-16, образующих тензочувствительный мост, так как он увеличиваетс  с ростом напр жени  на затворах и уменьшаетс  с его уменьшением. В исходном состо нии (при отсутствии деформации) разность потенциалов между дополнительными электродами 11 и 12 равна нулю, а между ними и общим выводом - половине напр жени  питани . Под действием деформации между ,, дополнительными электродами 11 и 12, т.е. на боковых границах провод щего канала 7 МДП-транзистора 17, возникает разность потенциалов, пропорциональна  приложенной деформации. В св зи с тем, что дополнительные электроды 11 и 12 соединены с затворами МДП-транзисторов 13-16, образуЮ1ЧИХ противофазные половины моста, происходит увеличение изменени , напр жени  на выходе интегрального тен зопреобразовател . Использование -предлагаемого интег рального тензопреобразовател  по сравнению с известным обеспечивает возможность создани  интегральных тензопреобразоватедей с выходным ; сигналом 4-6 В при деформации 2-16

Claims (1)

1. /I Щ 664 и чувствительностью, достигающей 2000 ед,, увеличение чувствительности интегральных тензрпреобразователей в 4-6 раз, распшрение диапазона измерени  с помощью интегрального тензопреобразовател  за счет увеличени  чувствительности, увеличение выхода годных интегральных тензопреобразователей . Формула изобретени  Интегральный тензопреобразователь , содержащий упругий элемент с расположенным на нем тензочувствительным мостом из четырех МДП-транзйсторов , отличающийс  тем, что, с целью повьштени  точноети измерени , на упругом элементе расположен п тый МДП-транзистор с двум  дополнительными электродами, исток и сток которого соединены с диагональю питани  тензочувотвительного моста, затвор соединен с цепью смещени , а два дополнительных электрода соединены с затворами МДП-транзнсторов, образующих противофазные половины тензочувствительного моста.

   8ш

   6

   5

   V

   10 го 30 Q p rtt ozpysKO} 9az.4