介觀壓阻型微壓力傳感器介紹及設(shè)計(jì)

　　這樣即可組成差動(dòng)全橋電路，測(cè)出壓力P的變化。式中σri，σro分別為內(nèi)、外電阻上所受徑向力的平均值；(△R／R)i，(△R/R)分別為內(nèi)、外電阻的相對(duì)變化。

　　根據(jù)膜的結(jié)構(gòu)與應(yīng)力計(jì)算公式，推出被測(cè)壓力與應(yīng)變片測(cè)出的應(yīng)變關(guān)系：

　　式中：μ為硅材料的泊松比，μ=O.35；R,r，h分別為硅膜片的有效半徑，計(jì)算半徑，厚度；E為硅材料的模量，E=8．7Gpa；P為作用于平膜片上的壓力；ω為平膜片的撓度；

　　經(jīng)過(guò)分析，綜合考慮設(shè)計(jì)的要求，初步設(shè)定：h=20μm，R=200μm。其固有頻率可以按下式計(jì)算：

傳感器的性能分析與計(jì)算

　　使用介觀壓阻效應(yīng)原理代替壓阻原理來(lái)檢測(cè)壓力，將圓膜片上的的壓敏電阻換成GaAs／A1As／InGaAs DBRT結(jié)構(gòu)薄膜。用傳遞矩陣法計(jì)算該薄膜在沿生長(zhǎng)方向的應(yīng)力變化下的輸出響應(yīng)，通過(guò)整個(gè)結(jié)構(gòu)的隧穿電流密度可表示為：

　　式中：e為電子電荷的大小，m*為GoAs電子的有效質(zhì)量，kB為玻爾茲曼常數(shù)，T為絕對(duì)溫度，EF為費(fèi)米能級(jí)，E1為入射電子垂直(縱向)能量。

　　利用公式可計(jì)算出不同拉伸應(yīng)變下隧穿電流隨偏壓的變化，如圖4所示。圖中實(shí)線、虛線分別表示0和5％的拉伸應(yīng)變。計(jì)算偏壓分別為0．75 V和1.2 V時(shí)的壓阻系數(shù)為：

偏壓為1.2V時(shí)的壓阻系數(shù)為：

　　傳感器的輸出為：

　　設(shè)偏壓為0．75 V設(shè)偏壓為0．75 V，電橋的激勵(lì)電壓為2．5 V的情況下，該傳感器的靈敏度S為：

結(jié)語(yǔ)

　　該結(jié)構(gòu)的壓力微傳感器由于敏感元件與變換元件一體化，尺寸小，其固有頻率很高，可以測(cè)量頻率范圍很寬的脈動(dòng)壓力。在不同的偏壓下，該傳感器的靈敏度不同。說(shuō)明靈敏度可調(diào)節(jié)。同樣結(jié)構(gòu)的微壓力傳感器，如果敏感元件是硅或銅鎳合金壓敏電阻，其靈敏度分別為0．38x104V／m和O．17×104V／m。可見(jiàn)采用共振隧穿二極管做為敏感元件的微壓力傳感器其靈敏度較之傳統(tǒng)的傳感器得到了很大的提高。