Co je piezorezistivní senzor?

Piezorezistivní senzor je zařízení, které využívá změny rezistivity určitých polovodičových materiálů, když jsou vystaveny mechanickému namáhání za účelem provedení elektronické akce. Tento piezorezistivní jev je založen na tendenci těchto materiálů k podstupování změn jejich latentních odporových charakteristik, když jsou ohýbány vystavením tlaku nebo stresu. To způsobuje odpovídající změnu jakéhokoli elektrického proudu procházejícího zařízením, které se promítá do měření nebo odečtu. Polovodičové materiály běžně používané v piezorezistentních zařízeních jsou obecně stejné základní kovové a silikonové rodiny používané ve většině elektronických součástek. Tyto komponenty jsou k dispozici se širokou škálou charakteristik citlivosti, aby vyhovovaly požadavkům různých průmyslových odvětví.

Když jsou některé polovodičové materiály vystaveny mechanickému namáhání, změní se jejich odpor nebo základní schopnost bránit toku elektrického proudu. Tato změna odporového charakteru materiálů zjevně mění svou specifickou hodnotu odporu. To má za následek vzestup nebo pokles jakéhokoli proudu procházejícího zařízením, které je pak použito k označení nebo měření daného napětí. Piezorezistivní účinek je využíván k vytvoření řady polovodičových zařízení citlivých na vychýlení používaných k záznamu a měření sil vyvolávajících napětí, jako je zrychlení a tlak.

Tento druh senzoru je obvykle konstruován z polovodičových substrátů, jako je germanium, polykrystalický silikon, amorfní silikon a monokrystalický silikon. Typický senzor se skládá z polovodičové membrány citlivé na tlak s několika n + a p + kontakty k ní připojenými. Elektrický proud prochází oplatkou rychlostí v závislosti na jeho odporu. Tento přenos proudu a výsledný odečet se liší podle změn odporu ve složce, když je membrána vystavena tlaku. Tyto senzory se pohybují v komplexnosti od jednoduchých piezorezistorů s omezeným rozsahem a teplotní stabilitou až po vysoce stabilní a přesné piezo-FET.

Piezorezistivní snímač se používá v široké škále aplikací zahrnujících mechanické měření napětí. Automobilový průmysl je používá jako vakuové a tlakové senzory nebo pro indikaci hladiny oleje a plynu. Používají se také v lékařské oblasti v zařízeních, jako je zařízení na měření krevního tlaku. Hloubkoměry používané hlubinnými potápěči také využívají technologii piezorezistivních senzorů k vytváření přesných údajů o hloubce. Tato zařízení se také používají v letadlových výškoměrech a barometrických tlakových přístrojích.

Senzory tohoto typu závislé na tlaku se často používají také v elektronických měřicích přístrojích, které používají obvody a komponenty, jako je Wheatstoneův můstek a bipolární tranzistory. Akcelerometry používané k měření poziční orientace, zrychlení a vibračních sil také využívají technologii piezoresistivních senzorů k výrobě svých odečtů. Tato technologie také našla cestu do domácího prostředí s mnoha výrobci myček, vysavačů a výrobců praček, kteří je používají ve svých výrobcích.