Спосіб визначення робочого струму тензорезистора

Винахід належить до області вимірювальної техніки і може бути використаний для визначення характеристик напівпровідникових тензорезисторів при їх виго товленні. Відомий спосіб визначення робочого струму тензорезистора, при якому визначають геометричні параметри кристалів чутливого елемента тензорезистора (ЧЕ) і подають на нього постійну напругу (Седых Н.К., Ермаков А.П., Дрожжин А.И., Бочарников В.К., Антипов С.А. Электрофизические свойства тензорезисторов на основе нитевидных кристаллов кремния и их использование в преобразователях деформации и давления. Деп. рукопись №1481 - 85. - Воронеж, 1984. - С.25 - 29). Тому, що вольтамперні характеристики (ВАЧ) тензорезисторів на основі ниткоподібних кристалів (НК) кремнію в області великих струмів мають нелінійний характер, то для забезпечення високої точності вимірювання, робочий струм через тензорезистор не повинен перегрівати його. Робочий струм тензорезистора з врахуванням геометричних параметрів ниткоподібних кристалів (ЧЕ тензорезистора), розраховується по формулі розміри кристалів чутливого елемента тензорезистора та подають на нього постійну напругу, згідно винаходу, відбирають кристали чутливого елемента діаметром 20 - 56мкм, подають на них напругу до 5В, визначають напруженість електричного поля, вираховують густину робочого струму по формулі де допустиме перегрівання тензорезистора; - температура тензорезистора; - температура оточуючого середовища; коефіцієнт теплового розсіяння системи тензорезистор - клей - пружний елемент; На кресленні приведені ВАХ НК -типу з діаметрами 56мкм - 1, 32мкм - 2 і 20мкм - 3 при кімнатній температурі. Спосіб здійснюють слідуючим чином. Визначають геометричні параметри кристалів довжину кристалів чутливого елемента 1 та їх діаметр . Відбирають кристали діаметром від 20 до 56мкм. Подають на ЧЕ тензорезистора напругу до 5В. Визначають напруженість електричного поля - опір тензорезистора при температурі де - питомий опір кристала, - його довжина, - площа поперечного перерізу. Цей струм повинен відповідати лінійній ділянці ВАХ, яка підлягає закону Ома у всьому діапазоні робочих температур. Але в цьому способі для визначення допустимого перегрівання ЧЕ тензорезистора де - напруженість електричного поля, - діаметр кристалу, і по ній визначають величину робочого струму. В способі, що пропонується, не губиться час на визначення ВАХ, так як спосіб дозволяє передбачити робочий тепловий режим НК різних геометричних розмірів без зняття їх вольт-амперних характеристик, що дає значне підвищення продуктивності оператора, який проводить, наприклад, експериментальні дослідження при виготовленні напівпровідникових тензорезисторів. Також застосування цього способу дозволяє проводити точні вимірювання без використання дорогих термометрів опору із дорогоцінних металів (наприклад, платини), що значно зменшує вартість робіт. Визначають густину робочого струму по формулі Розраховують площу поперечного виникає необхідність в проведенні додаткових експериментальних досліджень, які полягають в слідуючому. Для визначення робочої температури тензорезистора знімають температурну залежність перерізу НК опору ЧЕ в інтервалі температур, що досліджується. Виходячи з того, що по ВАХ важко визначити початок нелінійності, будують залежність струм кристалів і по цим графікам виявляють ділянки, де опір залишається постійним, що відповідає допустимому перегріванню ЧЕ. Також, з-за неможливості точно визначити величину коефіцієнта розсіяння точність визначення робочого струму тензорезистора є невисокою. В основу винаходу поставлене завдання створення способу визначення робочого струму тензорезистора, в якому відбір кристалів певного розміру і подача на них напруги в певному обмеженому діапазоні, дозволяє визначити струм без зняття вольт-амперної характеристики тензорезистора, що забезпечує простоту і надійність вимірювань, а за рахунок цього скорочується час ї підвищується точність вимірювань. Поставлене завдання вирішується тим, що у способі визначення робочого струму тензорезисторів на основі ниткоподібних кристалів, який полягає в тому, що вимірюють геометричні густину стр уму де - площа поперечного перерізу кристалу. Вимірюють довжину кристалу і визначають напруженість електричного поля Для визначення зв'язку між густиною струму діаметром НК та напруженістю електричного поля застосовують метод математичного моделювання експеримента. Математична модель подається у вигляді рівняння і далі визначають робочий струм тензорезистора Суть винаходу пояснюється слідуючим чином. По лінійній ділянці ВАХ (фіг.) визначають робочий де та кристалів, який залежить від діаметра Робочий струм виражається через - кодові величини, які е повідають і відповідно, а шукане невідоме - величині В таблиці подана матриця двофакторного експеримента при вивченні впливу напруженості електричного поля і геометричних розмірів ниткоподібних кристалів кремнію на густину струму На основі чотирьох результатів (досвідів) вивчення ВАХ НК різних діаметрів (криві №1 й №3 на фіг.) складають матрицю (див. табл.). Кожний результат подають у вигляді рівняння Таких рівнянь складено чотири. Вирішуючи систему чотирьох рівнянь, визначають коефіцієнти регресії через реальні фізичні величини і Шляхом моделювання результатів дослідження ВАХ НК аналітична -типу різних діаметрів отримана залежність яка має практичне застосування для визначення робочого струму ЧЕ на НК типу певного діаметра в їх інтервалі 20 - 56мкм та при заданій напрузі на ЧЕ в інтервалі до 5В, що відповідає лінійній ділянці ВАХ для кристалів з вказаними геометричними розмірами.