扩散硅型压阻式压力传感器

扩散硅型压阻式压力传感器

定义

扩散硅型压阻式压力传感器是利用单晶硅材料的压阻效应，通过扩散工艺在硅膜片上形成四个压敏电阻，并连接成惠斯通电桥，将压力信号转换为电压信号输出的压力传感器。

作用

主要用于测量气体或液体的压力，广泛应用于工业自动化、汽车电子、医疗设备等领域。

工程理解

1. 压阻效应：半导体材料（如单晶硅）在受到应力时，其电阻率发生变化。对于P型硅，电阻率变化与应力关系为：

其中，${\pi }_l$ 和 ${\pi }_t$ 分别为纵向和横向压阻系数，${\sigma }_l$ 和 ${\sigma }_t$ 为纵向和横向应力。

1. 扩散工艺：在硅膜片上通过离子注入或扩散法形成P型或N型电阻条，替代传统贴片式应变片，实现一体化结构。
2. 电桥输出：四个电阻一般对称布置在膜片应力集中区（边缘与中心），差动连接。当压力 $P$ 作用时，膜片变形，两电阻受拉应力（阻值增大），两电阻受压应力（阻值减小）。电桥输出电压：

其中 $\Delta R/R$ 近似与压力成正比，因此输出线性度好。

1. 特点：灵敏度高（约是金属应变片的50~100倍）、体积小、易于集成、动态响应频率高（可达MHz级），但受温度影响较大，常需温度补偿。