3.1. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động
Đầu đo bán dẫn được làm bằng đơn tinh thể silic pha tạp. Cấu tạo của chúng phụ thuộc các chế tạo.
Đầu đo loại cắt: chế tạo bằng các mẩu cắt từ tấm đơn tinh thể silic pha tạp có sơđồ cấu tạo như hình 5.3. Các mẫu cắt đơn tinh thểđược lấy song song với đường chéo của tinh thểlập phương đối với silic loại P và song song với cạnh lập phương nếu là silic loại N. Mẫu cắt có chiều dài từ 0,1 mm đến vài mm và chiều dày cỡ 10-2mm. Các mẫu cắt được dán trên đế cách điện bằng nhựa.P
NHình 5.3 Đầu đo chế tạo bằng các mẫu cắt
Đầu đo khuếch tán: điện trở của đầu đo chế tạo bằng cách khuếch tán tạp chất vào một tấm đế đơn tinh thể silic pha tạp. Sơ đồ cấu tạocủa loại này trình bày trên hình 5.4.
Hình 5.4 Đầu đo loại khuếch tán
Điện trở loại N nhận được bằng cách khuếch tán vào đế silic loại P một tạp chất thuộc nhóm V trong bảng tuần hoàn (như P, Sb), còn điện trở loại P khuếch tán tạp chất thuộc nhóm III (như Ga, In) vào đế silic loại N. Chuyển tiếpgiữa đế và vùng khuếch tán tạo nên mộtđiot và luôn được phân cực ngược (vùng P âm hơn vùng N) để cho điện trở của cảm biến cách biệt với đế silic.
Biến thiên điện trở của đầu đo bán dẫn xác định bởi công thức tương tự đầu đo kim loại:
Đối với đầu đo bán dẫn, biến thiên điện trở suất do tác dụng của ứng lực có dạng:
Trong đó đ là hệsố áp điện trở, ó là ứng lực tác dụng. Vậy:
và hệ số đầu đo:
Đối với đầu đo bán dẫn, độ pha tạp là yếu tố quyết định đến các đặc trưng của chúng.
- Điện trở:
Ảnh hưởng của độ pha tạp: khi tăng độ pha tạp, mật độ hạt dẫn trong vật liệu tăng lênvà điện trở suất của nó giảm xuống. Biểu thức chung của điện trở suất có dạng:
q - giá trị tuyệtđốicủa điện tích điệntrởhoặclỗ trống. n, p - mật độđiện tử và lỗ trống tự do.
- độ linh độngcủađiện tử và lỗ trống.
Hình 5.5 Sựphụ thuộccủađiện trởsuất vào nồng độpha tạp và nhiệt độ. Ảnh hưởng của nhiệt độ: khi nhiệt độ nhỏ hơn 120oC hệ số nhiệt điện trở có giá trị dương và giảm dần khi độ pha tạp tăng lên ở nhiệt độ cao hệ số nhiệt điện trở có giá trị âm và không phụ thuộc vào độ pha tạp.
- Hệ số đầu đo K:
Ảnh hưởng của độ pha tạp: Hệ số đầu đo phụ thuộc vào độ pha tạp, khi độ pha tạp tăng lên, hệ số đầu đo giảm (hình 5.6).
Hình 5.6 Sự phụ thuộccủa K vào độ pha tạp
Ảnh hưởng của độ biến dạng: Hệ số đầu đo phụ thuộc vào độ biến dạng, quan hệ có dạng:
Tuy nhiên với độ biến dạng dưới một giá trị cực đại nào đó có thể coi K không đổi.
Ảnh hưởng của nhiệt độ: Khi nhiệt độ tăng hệ số đầu đo giảm, tuy nhiên khi độ pha tạp lớn (cỡ Nd = 1020cm-3) hệ số đầu đo ít phụ thuộc nhiệt độ.