Los sensores de presión de semiconductores se pueden dividir en dos categorías, una se basa en el principio básico de que la unión PN del semiconductor (o unión Schottky) cambia en las características I-υ bajo tensión. Las características de este tipo de componentes sensibles a la presión son muy inestables y no se han desarrollado mucho. El otro es el sensor formado en base al efecto piezorresistivo de semiconductor, que es el tipo principal de sensor de presión de semiconductor. En los primeros días, la mayoría de las galgas extensométricas de resistencia de semiconductores se pegaban en los elementos elásticos para fabricar varios instrumentos de prueba de tensión y deformación. En la década de 1960, junto con el desarrollo tecnológico de chips de circuitos integrados semiconductores, aparecieron sensores de presión semiconductores con resistencias de difusión como componentes piezorresistivos. Este tipo de sensor de presión tiene una estructura simple y confiable. No hay componentes móviles relativos. El elemento sensible a la presión y el elemento elástico del sensor están integrados, lo que elimina el atraso de los equipos mecánicos y la relajación de tensiones, y mejora las características del sensor.
El efecto piezorresistivo de los semiconductores Los semiconductores tienen una característica relacionada con las fuerzas externas, es decir, la resistividad (indicada por la marca ρ) cambia con la fuerza del suelo, lo que se denomina efecto piezorresistivo. El cambio relativo de resistividad bajo la acción de la tensión del suelo unitaria se llama coeficiente piezorresistivo y está representado por la marca π. Expresado en fórmula matemática como 墹 ρ / ρ=πσ
En la fórmula, σ representa estrés. El cambio en el valor de resistencia (R / R) que una resistencia semiconductora debe causar cuando se somete a tensión está determinado por el cambio en la resistencia, por lo que la ecuación relacional anterior para el efecto piezorresistivo también se puede escribir como R / R=πσ
Bajo la acción de una fuerza externa, en el cristal semiconductor se producen ciertas tensiones del suelo (σ) y deformaciones (ε). La relación interna entre ellos está determinada por el módulo de Young' s (Y) de la materia prima, es decir, Y=σ / ε
Si el efecto piezorresistivo se expresa en términos de la tensión que puede soportar el semiconductor, entonces R / R=Gε
G se denomina factor de sensibilidad del sensor de presión, que representa el cambio relativo en la resistencia causado por la deformación unitaria.
El índice piezorresistivo o factor de destreza es el parámetro físico fundamental del efecto piezorresistivo del semiconductor. La relación entre ellos es la misma que la relación entre el esfuerzo del suelo y la deformación, que está determinada por el módulo de Young' s de la materia prima, es decir, G=πY
Debido a que los cristales semiconductores son anisotrópicos en elasticidad, el módulo de Young&y el coeficiente piezorresistivo cambian con la orientación del cristal. El tamaño del efecto piezorresistivo del semiconductor también está estrechamente relacionado con la resistencia del semiconductor. Cuanto menor sea la resistencia, menor será el valor del factor de sensibilidad. El efecto piezorresistivo de la resistencia de difusión está determinado por la tendencia a la cristalización y la concentración de impurezas de la resistencia de difusión. La concentración de impurezas clave se refiere a la concentración de impurezas de la superficie de la capa de difusión.
