Інтегральний диференційний тензосенсор

1. Інтегральний диференційний тензосенсор, що містить виконану як одне ціле з основою кремнієву квадратну мембрану однорідної товщини, орієнтовану в площині [100] та розміщений на її пленарній поверхні горизонтальний двостоковий польовий тензотранзистор з р-n переходом як затвор, причому область каналу розміщена в частині мембрани, що деформується одновісно в кристалографічному напрямку [110], який Корисна модель відноситься до вимірювальної техніки, а саме, до інтегральних напівпровідникових вимірювальних перетворювачів тиску (в тому числі - акустичного), сили, прискорення. Відомий інтегральний перетворювач тиску [1], що містить виконану як одне ціле з основою кремнієву мембрану, орієнтовану в площині (100) та розміщенний на її планарній поверхні інтегральний тензотранзистор, який виконує функцію чутливого елемента інтегрального перетворювача. Базова область тензотранзистора розміщена на частині мембрани, що одновісно деформується в кристалографічному напрямку [110]. Відомий кремнієвий двоемітерний диференційний тензотранзистор [2], розміщений на мембрані, як і раніше в [1], але у якого коефіцієнт переносу на два порядка вищий. Але, як і в першому випадку, використаний в якості чутливого елемента перетворювача біполярний тензотранзистор має високе енергоспоживання, що також є недоліком. В якості прототипу вибраний кремнієвий двостоковий польовий тензотранзистор з р-п переходом в якості затвора [3], який розміщений на мембрані, як і попередні тензочутливі елементи. Робота тензотранзистора основана на польовому ефекті, завдяки чому досягається низький рівень відрізняється тим, що горизонтальний тензотранзистор суміщений з вертикальними статичними індукційними транзисторами з приповерхневими затворами, причому останні металургійно інтегровані зі стоками горизонтального тензотранзистора і область їх просторового заряду не перекривається в каналі, чим визначається польовий режим роботи цих транзисторів і тензосенсора в цілому. 2. Тензосенсор за п. 1, який відрізняється тим, що площа витоків вертикальних транзисторів збільшена шляхом мультиплікації в пропорційну, необхідному збільшенню вихідного струму, кількість разів. енергоспоживання. Але вихідний сигнал нижчий за досягнутий при використанні біполярних тензотранзисторів, що є недоліком. Слід зазначити, що всі розглянуті тензоперетворювачі відносяться до приладів з горизонтальною структурою. Це властиве для такого типу чутливих елементів згідно принципу їх дії - перерозподілу носіїв заряду внаслідок дії одноосьової пружної деформації, яка досягає максимальної величини саме на поверхні. Тому кристал виконує роль більше конструктивного елемента, а ніж перетворювача, так як чутливий елемент заповняє лише незначну частину мембрани на її планарній поверхні. Задача корисної моделі - досягнення високого рівня вихідного сигналу при низьких рівнях шуму та енергоспоживання з збереженням при цьому диференційного виходу, а також - ефективне використання об'єму кремнієвого кристалу. Поставлена задача досягається тим, що аналогічний прототипу горизонтальний кремнієвий двостоковий польовий тензотранзистор з р-п переходом в якості затвора, що розміщений на мембрані, як і в аналогах, суміщений з вертикальними статичними індукційними транзисторами з приповерхневими затворами. На фіг. 1 показані розріз кристала (а), топологія і кристалографічна орієнтація (б) кремнієвого СО О) 4430 інтегрального диференційного тензосенсора (ДТС), на фіг.1 (в) - схема та можливе підключення ДТС. Внутрішній диференційний сигнал формується на стоках горизонтального тензотранзистора ТТ, вихідний сигнал - Uo - різниця потенціалів стоків вертикальних транзисторів VT1, VT2. R1, R3 - зовнішні резистори навантаження, R2, R4 - зовнішні резистори зміщення, D внутрішній діод. Конструкція ДТС реалізована на кремнієвій сильнолегованій пластині електронного типу провідності орієнтації (100) з високоомним епітаксійним шаром такого ж типу провідності. Методами інтегральної технології в одному процесі формуються сильнолеговані р+ області електродів витоку 1 ТТ, стоків 2, З ТТ, металургійно суміщені з ними області затворів VT1, VT2; так само, в одному процесі формуються п+ області електродів затвора 4 ТТ, стоків VT1 VT2 5, 6. Окремо формується слаболегована область р-каналу 7 ТТ. Областями п-каналів вертикальних транзисторів служить епітаксійний шар 9, а витоком є основа кристалу 10 (по відношенню до звичайних, ролі витоків та стоків VT транзисторів тут зворотні). Принцип дії ДТС слідуючий. При дії на мембрану пневматичного, гідравлічного чи звукового тисків або в разі дії сейсмічних сил інерції, рівномірно розподілене навантаження трансформується в одновісну пружну деформацію розтягу (стиснення) області каналу горизонтального польового ТТ. Наведена деформацією анізотропія рухливості дірок в умовах закороченим поперечної різниці потенціалів призводить до перерозподілу густини струму поперек каналу, розбалансу струмів стоків, тобто, появі вихідного сигналу. Але ж стоки ТТ є одночасно затворами VD1, VD2. Така інтеграція металургійних областей приводить до безпосереднього керування вертикальними транзисторами, або іншими словами, фізичні величини вимірювального середовища (тиск, сила, прискорення) через ТТ спричинюють вихідний сигнал ДТС в цілому шляхом зміни величини просторового заряду 8 в каналах вертикальних транзисторів. Слід зазначити, що при нормально відкритому каналі вертикальних транзисторів, модуляція їх провідності реалізується полем зворотньо зміщенного затвора: низький рівень шумів при малострумовому режимі роботи обумовлює високі динамічні характеристики перетворювача. Також слід зазначити, що при відповідному підборі зовнішніх резисторів, можна перевести роботу ДТС в потужний ключовий режим, або режим підсилювача звукових частот з наднизьким рівнем шумів, саме завдяки властивостям статичних індукційних транзисторів. Накінець, при потребі збільшення навантажувальної здатності ДТС, площу витоків VD1, VD2 можна збільшити мультиплікацією топології їх приповерхневих областей затворів і витоків по всій планарній поверхні, таким чином використовуючи весь об'єм кристалу. Джерела інформації: 1. Патент України №3054, по класу G01L 9/04. Бюл. №5-1. 2. Бабичев ГГ., Козловский СИ., Романов В.А., Шаран Н.Н. //ЖТФ. 1999. Т.69. Вып.10. С.63-68. 3. Бабичев ГГ., Козловский СМ., Романов В.А., Шаран Н.Н. // ЖТФ. 2000. Т.70. Вып. 10. С.45-49. А-А Фіг.1 4430 дгс Фіг. 1 В Комп'ютерна верстка М Клюкш Підписне Тираж 37 прим Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності вул Урицького, 45, м Київ, МСП, 03680, Україна ДП "Український інститут промислової власності', вул Глазунова, 1, м Київ-42, 01601