单晶硅压阻材料

单晶硅压阻材料

定义

单晶硅是一种各向异性的半导体材料，其压阻效应源于外力引起晶格畸变，导致载流子迁移率变化，从而电阻率改变。压阻系数 $\pi$ 与晶向密切相关，沿不同晶向的应变灵敏度差异可达数倍。

作用

利用单晶硅的压阻效应可制作半导体应变片，将机械应变转换为电阻变化。其灵敏度系数 $K$ 通常为 100\~150，远高于金属应变片（约2\~5），因此适用于微小应变测量和微型传感器。

工程理解

• 压阻特性公式：$\frac{\Delta R}{R}=\pi ·\sigma$，其中 $\sigma$ 为应力，$\pi$ 为压阻系数（与晶向、掺杂类型和浓度有关）。
• 各向异性表现：例如，在 (100) 晶面上，沿 <110> 方向的纵向压阻系数最大；沿 <100> 方向则很小。设计时需定向刻蚀或选择特定晶面。
• 温度效应：单晶硅的电阻温度系数较大，且压阻系数随温度升高而快速减小，需采用恒流源供电或桥路中配置温度补偿电阻。
• 典型应用：扩散硅压力传感器中，在硅膜片上沿特定晶向扩散四个压阻条构成惠斯通电桥，实现压力检测；加速度计中利用惯性力作用于悬臂梁上的压阻条输出信号。