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壓阻效應
鎖定
- 中文名
- 壓阻效應
- 外文名
- piezoresistive effect
- 單 位
- 壓阻係數:π
- 屬 性
- 概念
壓阻效應定義
壓阻效應的強弱可以用壓阻係數π來表徵。壓阻係數π被定義為單位應力作用下電阻率的相對變化。壓阻效應有各向異性特徵,沿不同的方向施加應力和沿不同方向通過電流,其電阻率變化會不相同。譬如:在室温下測定N型硅時,沿(100)方向加應力,並沿此方向通電流的壓阻係數π11=102.2×10-11m2/N;而沿(100)方向施加應力,再沿(010)方向通電流時,其壓阻係數π12=53.7×10-11m2/N。此外,不同半導體材料的壓阻係數也不同,如在與上述N型硅相同條件下測出N型鍺的壓阻係數分別為π11=5.2×10-11m2/N;π12=5.5×10-11m2/N。
壓阻效應被用來製成各種壓力、應力、應變、速度、加速度傳感器,把力學量轉換成電信號。例如:壓阻加速度傳感器是在其內腔的硅梁根部集成壓阻橋(其佈置與電橋相似),壓阻橋的一端固定在傳感器基座上,另一端掛懸着質量塊。當傳感器裝在被測物體上隨之運動時,傳感器具有與被測件相同的加速度,質量塊按牛頓定律(第二定律)產生力作用於硅樑上,形成應力,使電阻橋受應力作用而引起其電阻值變化。把輸入與輸出導線引出傳感器,可得到相應的電壓輸出值。該電壓輸出值表徵了物體的加速度。
壓阻效應優點
它有以下優點:
①靈敏度與精度高;
②易於小型化和集成化;
③結構簡單、工作可靠,在幾十萬次疲勞試驗後,性能保持不變;
④動態特性好,其響應頻率為103~105Hz。
壓阻效應各向異性
壓阻效應是各向異性的,要用壓阻張量π來描述,它與電阻率變量張量δ ρ(二價張量)和應力張量k(二階張量)有如下關係(如圖1):π:k。由於對稱二階張量只有六個獨立分量, 故亦可表達成(如圖2)這樣,壓阻張量可用6×6個的分量來表達。根據晶體對稱性,像鍺、硅及絕大多數其他立方晶系的半導體,壓阻張量只有三個不等於零的分量,即π11、π12和π44。
壓阻效應測量壓阻效應
通常有兩類簡單加應力的方法:①流體靜壓強效應。這時不改變晶體對稱性,並可加很大的壓強。鍺、硅的電阻率都隨壓強增大而變大。②切應力效應。利用單軸拉伸或壓縮,這時會改變晶體對稱性。壓阻係數Δ ρ/ ρk,與外力方向、電流方向及晶體結構有關。
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