压阻效应

压阻效应

压阻效应（Piezoresistive Effect）是指单晶半导体材料沿某一轴向受到外力作用时，其电阻率发生变化的现象。这是半导体电阻应变片的核心工作原理，与金属材料的应变效应形成本质区别。

物理机制

对于半导体材料，压阻效应产生的电阻率相对变化与应力间的关系为：
$\frac{\Delta \rho }{\rho }=\pi \sigma =\pi E\epsilon$

其中π为半导体材料的压阻系数，σ为应力，E为弹性模量，ε为应变。

与应变效应的区别

• 金属电阻应变片：以应变效应为主，电阻变化主要由几何尺寸变化（长度和截面积）贡献，灵敏度系数K ≈ 1+2μ
• 半导体电阻应变片：以压阻效应为主，电阻变化主要由电阻率变化贡献，几何尺寸变化项(1+2μ)可忽略不计

特点

• 灵敏度系数远高于金属应变片（约高50-100倍）
• 对于不同类型的半导体，施加载荷的方向不同，压阻效应也不一样
• 目前使用最多的是单晶硅半导体
• 压阻式压力传感器具有极低的价格、较高的精度以及良好的线性特性

应用

压阻效应广泛应用于压力传感器、加速度传感器、微机电系统（MEMS）等领域，是当前应用最为广泛的压力传感原理之一。