מהו העיקרון של חיישן לחץ?
חיישני לחץ מוליכים למחצה ניתן לחלק לשתי קטגוריות, אחד מבוסס על העיקרון הבסיסי כי צומת מוליכים למחצה PN (או צומת Schottky) שינויים במאפייני I-υ תחת לחץ. המאפיינים של סוג זה של רכיבים רגישים ללחץ הם מאוד לא יציבים ולא פותחו מאוד. השני הוא החיישן שנוצר בהתבסס על אפקט פייזורסיסטציה מוליכים למחצה, שהוא הסוג העיקרי של חיישן לחץ מוליכים למחצה. בימים הראשונים, רוב מדדי זן התנגדות מוליכים למחצה הודבקו על האלמנטים האלסטיים כדי להפוך מכשירי בדיקת מתח ומתח שונים. בשנות ה-60, יחד עם ההתפתחות הטכנולוגית של שבבי מעגל משולבים מוליכים למחצה, הופיעו חיישני לחץ מוליכים למחצה עם נגדי דיפוזיה כאשר הופיעו רכיבים פיזורסיסטיים. סוג זה של חיישן לחץ יש מבנה פשוט ואמין. אין רכיבים נעים יחסית. האלמנט הרגיש ללחץ ואת האלמנט האלסטי של החיישן משולבים, אשר מבטל את ההפוך של ציוד מכני הרפיה מתח, ומשפר את המאפיינים של החיישן.
ההשפעה piezoresistive של מוליכים למחצה מוליכים למחצה יש מאפיין הקשורים כוחות חיצוניים, כלומר, ההתנגדות (מסומן על ידי סימן ρ) משתנה עם כוח הקרקע, אשר נקרא אפקט piezoresistive. השינוי היחסי בהתנגדות תחת הפעולה של לחץ הקרקע יחידה נקרא מקדם piezoresistive ומיוצג על ידי הסימן π. מבוטא בנוסחה מתמטית כ墹ρ/ρ=πσ
בנוסחה, σ מייצג מתח. השינוי בערך ההתנגדות (R/R) כי נגד מוליכים למחצה צריך לגרום כאשר נתון ללחץ נקבע על ידי השינוי בהתנגדות, כך המשוואה היחסית לעיל עבור אפקט piezoresistive יכול להיכתב גם כמו R / R = πσ
תחת הפעולה של כוח חיצוני, מתח קרקע מסוים (σ) ומתח (ε) נגרמים בגביש המוליכים למחצה. הקשר הפנימי ביניהם נקבע על ידי המודולוס (Y) של הצעיר של חומר הגלם, כלומר, Y = σ / ε
אם ההשפעה piezoresistive באה לידי ביטוי במונחים של המתח כי המוליכים למחצה יכול לעמוד, אז R / R = Gε
G נקרא גורם הרגישות של חיישן הלחץ, המייצג את השינוי היחסי בהתנגדות הנגרם על ידי זן היחידה.
האינדקס או גורם ההפחתה הפיזורסיסטי הוא הפרמטר הפיזי הבסיסי של אפקט הפיזורסיסטיבי המוליכים למחצה. היחסים ביניהם זהים ליחסים בין מתח קרקע למתח, הנקבע על ידי המודולוס של הצעיר של חומר הגלם, כלומר, G = πY
מכיוון שגבישי מוליכים למחצה הם אניזוטרופיים בגמישות, המודולוס של יאנג ומקדם הפיזורסיסטיבי משתנים עם אוריינטציה גבישית. גודלו של אפקט פייזורסיסטציה מוליכים למחצה קשור גם הוא קשר הדוק להתנגדות המוליכים למחצה. ככל שההתנגדות נמוכה יותר, כך הערך של גורם הרגישות קטן יותר. ההשפעה הפיזוריסטית של נגד הדיפוזיה נקבעת על ידי נטיית ההתגבשות וריכוז הטומאה של נגד הדיפוזיה. ריכוז הטומאה העיקרי מתייחס לריכוז טומדת פני השטח של שכבת הדיפוזיה.
