Тензодиоды и тензотранзисторы

В тензодиодах используется изменение величины потенциального барьера p-n перехода, обусловленное изменением ширины запрещенной зоны при механической деформации. Коэффициент тензочувствительности КТ к всестороннему давлению достигает нескольких сотен, а при одноосной деформации он значительно выше. Обратный ток p + -n перехода с «длинной» базой: IS = A(μp ) 1/2 ni 2 . Относительное изменение тока при деформации

Δ IS/IS = ( / ) 1/2 exp( — ΔEgэ/kT) – 1, (2.11)

где — подвижность дырок при деформации; ΔEgэ – эффективное изменение ширины запрещенной зоны при деформации:

где ΔEg – изменение ширины запрещенной зоны; NC, NV и NC´,NV´– эффективные плотности состояний в зоне проводимости и в валентной зоне без деформации и при деформации.

Для n + -p перехода аналогично

Δ IS/IS = ( / ) 1/2 exp( — ΔEgэ/kT) – 1. (2.13)

SHEIN Many GEO's

Для диода с «тонкой» базой формулы отличаются отношением подвижностей неосновных носителей, которые входят в формулу в первой степени — μ´/μ.

Для максимальной тензочувствительности требуется, чтобы при увеличении Egэ величина μ уменьшалась, и наоборот. В кремнии при сжатии Egэ уменьшается, μn увеличивается, а μp – уменьшается. Следовательно, в качестве базы диода должен быть полупроводник с неосновными носителями – электронами, т.е. p-типа, значит n + -p переход. В германии Egэ при сжатии растет, μn – уменьшается, μp – увеличивается. Поэтому нужно выбрать тоже n + -p переход.

Вследствие большей зависимости тока от подвижности тензочувствительность диода с «тонкой» базой выше, чем с «длинной».

Если глубина залегания p-n перехода не более 1 мкм, большую тензочувствительность можно получить при деформации перехода острой иглой, но из-за низкой воспроизводимости этот метод не нашел распространения.

Основным недостатком тензодиодов является сильная зависимость тока от температуры.

Существенные преимущества для измерения деформации имеют туннельные диоды, КТ которых достигает 200 и слабо зависит от температуры. Вероятность туннелирования электронов через потенциальный барьер p-n перехода увеличивается с уменьшением его высоты и ростом подвижности электронов. Чувствительность можно повысить шунтированием положительным сопротивлением, значение которого близко к величине отрицательного дифференциального сопротивления диода. Это позволяет увеличить КТ до 30 000.

Для измерения деформации могут быть использованы биполярные транзисторы, полевые транзисторы с p-n переходом, МДП-транзисторы.

Рассмотрим биполярный транзистор, включенный по схеме с общим эмиттером и отключенной базой. При использовании в качестве коллектора p + -n перехода относительное изменение тока коллектора при деформации

Δ Iк/Iк = ( / ) 3/2 exp( — ΔEgэ/kT) – 1. (2.14)

По сравнению с чувствительностью p-n перехода видно, что чувствительность n-p-n транзистора выше, чем у отдельного перехода, а у p-n-p транзистора – ниже.

Полевые транзисторы с p-n переходом имеют примерно такую же тензочувствительность, что и биполярные.

Источник:http://helpiks.org/2-66244.html