П’єзорезистивний датчик

П'єзорезистивний датчик, який містить кремнієву підкладку з шаром діелектрика, здатним відбивати лазерне випромінювання, поверх якого розташовані рекристалізовані лазерним випромінюванням полікремнієві тензорезистори, покриті діелектричним капсулюючим шаром, здатним поглинати ла зерне випромінювання, який в і д р і з н я є т ь с я тим, що на капсулюючому шарі розміщений поглинаючий шар у вигляді паралельних смужок, довжина яких не менша довжини тензорезисторів, розташованих в проміжках між смужками паралельно fM, a товщина визначена згідно залежності d 4 п де d - товщина смужок поглинаючого шару, А- довжина хвилі лазерного випромінювання, і - нуль чи число з натурального ряду, п - показчик заломлення шару С > ю со Винахід відноситься до контрольновимірювальної техніки І може бути використаним в галузі приладобудування при виготовленні напівпровідникових датчиків тиску та інших механічних величин (зусилля, переміщення, прискорення, вібрації). Відомий п'єзорезистивний датчик з пол і кремнієвими тен зо резисторами, розташованими на кремнієвій підкладці, покритій шаром діелектрика [J Suski, V Mosser and J Goss Polysilicon SOI pressure sensor Sensors and Actuators, 17(1989), 405-414] Однак цей п'єзорезистивний датчик має низьку чутливість Відомий п'єзорезистивний датчик, який містить кремнієву підкладку, з шаром діелектрика, здатним відбивати лазерне випромінювання, поверх якого розташовані рекристалізовані лазерним випромінюванням полікремнієві тензорезистори, покриті діелектричним капсулюючим шаром, здатним поглинати лазерне випромінювання [Патент США №4622856, кл. G 01 L9/06, від 18 11 86] Однак вищеописаний п'єзорезистивний датчик не відзначається високою чутливістю (коефіцієнтом перетворення), що зумовлене тим, що в місцях розташування тензорезисторів при рекристалізації полікремнію під дією лазерного випромінювання відбувається стохастична початкова кристалізація зерен полікремнію, о со 23103 що приводить його до неоптимальних структурних властивостей, внаслідок чого тензочутливість полікремнієвих тензорезисторів недостатня. В основу винаходу покладено завдання 5 створити п'єзорезистивний датчик шляхом введення додаткового несуцільного шару, який поглинає лазерне вирромінювання І в сукупності з розміщеними в проміжках цього поглинаючого шару тензорезисторами 10 дає можливість збільшити поздовжню та поперечну тензочутливість полікремнієвих тензорезисторів І тим самим підвищити чутливість (коефіцієнт перетворення) п'єзорезистивного датчика в цілому. 15 Поставлене завдання вирішується тим, що в п'єзорезистивному датчику, який містить кремнієву підкладку, з шаром діелектрика, здатним відбивати лазерне випромінювання, поверх якого розташовані рекристалізовані 20 лазерним випромінюванням полікремнієві тензорезистори, покриті діелектричним капсулюючим шаром, здатним поглинати лазерне випромінювання, згідно з винаходом, на капсулюючому шарі розміщений поглина- 25 ючий шару вигляді системи паралельних смужок, довжина яких не менша довжини тензорезисторів, розташованих в проміжках між смужками паралельно їм, а товщина визначена згідно залежності ЗО 4 х\ де d - товщина смужок поглинаючого шару; Я- довжина хвилі лазерного випромінювання; 35 І - нуль чи число з натурального ряду; п - показчик заломлення шару, При рекристалізації полікремнію під дією лазерного випромінювання ділянки полікремнію, які розташовані під 40 суцільними ділянками поглинаючого шару, більше поглинають випромінювання І тому нагріваються сильніше. Внаслідок цього початкова кристалізація полікремнію з рідкої фази відбувається в тих місцях, де шар 45 відсутній І температура яких є нижчою, що приводить до оптимізації структурних властивостей полікремнію в проміжках без додаткового поглинаючого шару. Розташування полікремнієвих тензорезисторів в тих місцях, 50 де відсутній поглинаючий шар, приводить до збільшення як поздовжнього, так І поперечного коефіцієнтів тензочутливості за рахунок виштовхування потенційних бар'єрів, пов'язаних з границями зерен в 55 полікремнії, під поглинаючий шар. Додатковий шар запропонованої товщини забезпечує поглинання лазерного випромінювання за рахунок Інтерференції випромінювання в цьому шарі. Наявність та кого поглинаючого лазерного випромінювання шару у вигляді системи паралельних смужок І розміщення полікремнієвих тензорезисторів в проміжках між смужками паралельно останнім приводить до оптимізації структурних властивостей полікремнію при його рекристалізації Це викликає збільшення тензочутливост! полікремнієвих те.нзорезистсрів і підвищує чутливість п'єзорезуїстивного датчика в цілому. На фіг. 1 показано п'єзорезистивний датчик; на фіг. 2 - перетин А-А на фіг. 1, де 1 - кремнієва підкладка; 2 - шар діелектрика, здатний відбивати лазерне випромінювання; 3 - полікремнієвий тензорезистор; 4 - діелектричний капсулюючий шар; 5 - поглинаючий шар у вигляд} паралельних смужок. П'єзорезистивний датчик містить кремнієву підкладку 1 з шаром діелектрика 2, здатним відбивати лазерно випромінювання, поверх якого розташовані рекристалізовані лазерним випромінюванням полікремнієві тензорезистори 3, покриті капсулюючим шаром 4, здатним поглинати лазерне випромінювання, на якому розміщений поглинаючий шар 5 у вигляді чаралельних смужок, довжина яких не менша довжини тензорезисторів 3, розташованих в проміжках між смужками паралельно їм, а товщина визначена згідно залежності А С 4п де d - товщина смужок поглинаючого шару; А - довжина хвилі лазерного випромінювання: І - нуль чи число з натурального ряду; п - показчик заломлення шару. П'єзорезистивний датчик виготовлений з монокристалічної кремнієвої підкладки 1 у вигляді квадратної мембрани з розміром сторони 2 мм та товщиною ЗО мкм. Мембрани виготовлені груповим анізотропним травленням кремнієвої шайби товщиною 500 мкм На підкладку нанесено діелектричний шар-2^з діоксида кремнію товщиною 1,1 мкм, який править за електричну Ізоляцію тензорезисторів від кремнієвої підкладки. Діелектричний шар 2 такої товщини забезпечує оптимальні умови відбиття лазерного випромінювання при подальшій рекристалізації полікремнію. Полікремнієві тензорезистори 3 довжиною 300 мкм, шириною 10 мкм та товщиною 0,6 мкм розміщені нз підкладці-мембрані 1 зверху відбиваючого шару 2 діелектрика паралельно один одному поблизу країв мембрани симетрично біля центрів її сторін. Тензорезистори 3 з'єднані в стандартну мостову вимірювальну схему. Шар 23103 полікремнієвих тензорезисторів 3 покритий вжина тензорезисторів 3. Це забезпечує onзверху капсулюючим шаром 4 діоксиду тимізацію властивостей полікремнієвих тенкремнію товщиною 0,55 мкм; здатним пог лизорезисторів 3. При такому взаємному нати лазерне випромінювання. Поглинаюрозміщенні смужок 5 І тензорезисторів З чий шар 5 у вигляді паралельних смужок з 5 рекристалізація полікремнію приводить до нітриду кремнію довжиною 600 мкм та збільшення його тензочутливості на 70% шириною 10 мкм сформований таким чином, при концентрації легуючої домішки - бору що кожен з полікремнієвих тензорезисторів 5-10 1 9 смЧ З знаходиться посередині в проміжках між цими смужками. Крок смужок 5 у системі 10 При здійсненні навантаження тиском дорівнює ЗО мкм. Товщина смужок 5, якз (зусиллям) на кремнієву підкладкузабезпечує поглинання лазерного мембрану 1 деформація, яка виникає на її випромінювання, становила 0,13 мкм І «зизповерхні, передається тензорезисторам 3. началасч розрахунками згідно залежності Зміна їх опорів приводить до виникнення . = А(2» - М ) . _ А _ і.об _ 15 сигналу на виході мостової вимірювальної і но схеми у вигляді напруги, пропорційної на4 ' 198 4n вантаженню. Так, наприклад, тіри наванта= 0,13 МКМ. женні тиском 40 кПа вихідний сигнал Шар полікремнію рекристалізований за становить 60 мВ при живленні мостової схеми допомогою скануючого випромінювання 20 з тензорезисторами від джерела напруги 5 В. ІАГ-лазера з довжиною хвилі 1,06 мкм. Довжина смужок 5 в Два рази більша, ніж до Т Фіг.1. 23103 A-A Фіг.2. Упорядник Замовлення 4520 Техред М.Келемеш Коректор о. Кравцова Тираж Підписне Державне патентне відомство України, 254655, ГСП, КиІв-53, Львівська пл , 8 Відкрите акціонерне товариство "Патент", м. Ужгород, вул ГагарШа, 101