介觀壓阻型微壓力傳感器介紹及設計

　　這樣即可組成差動全橋電路，測出壓力P的變化。式中σri，σro分別為內(nèi)、外電阻上所受徑向力的平均值；(△R／R)i，(△R/R)分別為內(nèi)、外電阻的相對變化。

　　根據(jù)膜的結(jié)構(gòu)與應力計算公式，推出被測壓力與應變片測出的應變關系：

　　式中：μ為硅材料的泊松比，μ=O.35；R,r，h分別為硅膜片的有效半徑，計算半徑，厚度；E為硅材料的模量，E=8．7Gpa；P為作用于平膜片上的壓力；ω為平膜片的撓度；

　　經(jīng)過分析，綜合考慮設計的要求，初步設定：h=20μm，R=200μm。其固有頻率可以按下式計算：

傳感器的性能分析與計算

　　使用介觀壓阻效應原理代替壓阻原理來檢測壓力，將圓膜片上的的壓敏電阻換成GaAs／A1As／InGaAs DBRT結(jié)構(gòu)薄膜。用傳遞矩陣法計算該薄膜在沿生長方向的應力變化下的輸出響應，通過整個結(jié)構(gòu)的隧穿電流密度可表示為：

　　式中：e為電子電荷的大小，m*為GoAs電子的有效質(zhì)量，kB為玻爾茲曼常數(shù)，T為絕對溫度，EF為費米能級，E1為入射電子垂直(縱向)能量。

　　利用公式可計算出不同拉伸應變下隧穿電流隨偏壓的變化，如圖4所示。圖中實線、虛線分別表示0和5％的拉伸應變。計算偏壓分別為0．75 V和1.2 V時的壓阻系數(shù)為：

偏壓為1.2V時的壓阻系數(shù)為：

　　傳感器的輸出為：

　　設偏壓為0．75 V設偏壓為0．75 V，電橋的激勵電壓為2．5 V的情況下，該傳感器的靈敏度S為：

結(jié)語

　　該結(jié)構(gòu)的壓力微傳感器由于敏感元件與變換元件一體化，尺寸小，其固有頻率很高，可以測量頻率范圍很寬的脈動壓力。在不同的偏壓下，該傳感器的靈敏度不同。說明靈敏度可調(diào)節(jié)。同樣結(jié)構(gòu)的微壓力傳感器，如果敏感元件是硅或銅鎳合金壓敏電阻，其靈敏度分別為0．38x104V／m和O．17×104V／m?？梢姴捎霉舱袼泶┒O管做為敏感元件的微壓力傳感器其靈敏度較之傳統(tǒng)的傳感器得到了很大的提高。