半导体压阻效应与压阻式传感器

"压阻效应-传感器课件" 在电子传感器技术中，压阻效应是一个重要的概念，尤其在压阻式传感器的设计和应用中起到关键作用。压阻效应是指当固体，尤其是半导体材料，受到外力作用导致形变时，其电阻率会发生变化的现象。这种变化是由于材料内部的晶体结构受力而产生微小应变，进而影响电子的移动，导致电阻值的改变。 在金属材料中，压阻效应相对较小，但在半导体材料中则表现得更为显著。半导体的压阻系数πl与材料种类和应力方向与晶轴的夹角有关，而弹性模量E则与晶向相关。半导体的电阻率ρ的变化是由于应变引起的，应变会改变半导体中的载流子浓度，进而影响电阻率。 压阻式传感器基于压阻效应，通常分为几种类型，如体型半导体应变片和扩散型压阻式传感器。体型半导体应变片具有较高的灵敏系数，远大于金属应变片，同时横向效应和机械滞后较小。然而，它们的温度稳定性和线性度较差，需要进行温度补偿以确保测量精度。 (1) 体型半导体应变片：由P型单晶硅条构成，通常包含内引线、焊接电极和外引线。在恒压源电桥电路中使用时，考虑到环境温度的影响，需要通过温度补偿电路来校正电阻率的变化。 (2) 扩散型压阻式压力传感器：这种类型的传感器是在半导体基片上通过扩散工艺制造出电阻，形变时电阻值的变化更加明显，适用于更复杂的应用场景。 为了提高测量精度和稳定性，压阻式传感器通常采用测量桥路，如惠斯通电桥，这样可以通过比较桥臂上的电阻差异来检测微小的压阻变化。同时，为了抵消温度变化带来的影响，会在设计中加入温度补偿电路或使用温度敏感元件，以确保传感器在不同温度下的测量准确性。 压阻式传感器因其灵敏度高、响应速度快、体积小等特点，广泛应用于各种领域，如压力测量、加速度测量和载荷监测。不过，由于半导体材料对温度的敏感性，传感器在实际应用中必须注意温度管理，以减小温度误差。 压阻效应是传感器技术中的核心原理之一，理解和掌握这一效应对于设计和使用高性能的压阻式传感器至关重要。