Qu'est-ce qu'un capteur piézorésistif?
Un capteur piézorésistif est un dispositif qui utilise les modifications de la résistivité de certains matériaux semi-conducteurs lorsqu'il est soumis à une contrainte mécanique pour effectuer une action électronique. Ce phénomène piézorésistif est basé sur la tendance de ces matériaux à subir des modifications de leurs caractéristiques de résistance latentes lorsqu’ils sont fléchis par exposition à la pression ou à des contraintes. Cela entraîne une modification correspondante du courant électrique traversant le dispositif, ce qui se traduit par une mesure ou une lecture. Les matériaux semi-conducteurs couramment utilisés dans les dispositifs piézorésistifs sont généralement les mêmes familles de base métalliques et de silicone que celles utilisées dans la plupart des composants électroniques. Ces composants sont disponibles avec un large éventail de caractéristiques de sensibilité pour répondre aux exigences de divers secteurs.
Lorsque certains matériaux semi-conducteurs sont exposés à des contraintes mécaniques, leur résistivité, ou leur capacité de base à s'opposer au flux de courant électrique, change. Cette modification du caractère résistif des matériaux modifie évidemment sa valeur de résistance spécifique. Il en résulte une augmentation ou une diminution du courant traversant le dispositif, qui est ensuite utilisé pour indiquer ou mesurer le stress impliqué. L’effet piézorésistif est exploité pour créer une gamme de dispositifs à semi-conducteurs sensibles à la déviation, utilisés pour enregistrer et mesurer les forces induisant des contraintes telles que l’accélération et la pression.
Ce type de capteur est généralement constitué de substrats semi-conducteurs tels que le germanium, le silicone polycristallin, le silicone amorphe et le silicone monocristallin. Un capteur typique consiste en un diaphragme semi-conducteur sensible à la pression auquel sont fixés plusieurs contacts n + et p +. Le courant électrique traverse la plaquette à un rythme dépendant de sa résistance. Ce transfert de courant et la lecture résultante diffèrent en fonction des changements de résistance du composant lorsque le diaphragme est soumis à une pression. La complexité de ces capteurs va des simples piézorésistances à plage et stabilité de température limitées aux Piezo-FET extrêmement stables et précis.
Le capteur piézorésistif est utilisé dans une grande variété d'applications impliquant la mesure de contraintes mécaniques. L'industrie automobile les utilise comme capteurs de vide et de pression ou pour indiquer les niveaux de pétrole et de gaz. Ils sont également utilisés dans le domaine médical dans des dispositifs tels que les appareils de mesure de la pression artérielle. Les jauges de profondeur utilisées par les plongeurs en haute mer utilisent également la technologie de capteur piézorésistif pour produire des lectures de profondeur précises. Ces dispositifs sont également utilisés dans les altimètres d'aéronefs et les instruments de pression barométrique.
Les capteurs dépendant de la pression de ce type sont également souvent utilisés dans les instruments de mesure électroniques qui utilisent des circuits et des composants tels que le pont de Wheatstone et les transistors bipolaires. Les accéléromètres utilisés pour mesurer les forces d'orientation de position, d'accélération et de vibration utilisent également la technologie de capteur piézorésistif pour produire leurs lectures. Cette technologie a également trouvé sa place dans l’environnement domestique avec de nombreux lave-vaisselle, aspirateurs et fabricants de machines à laver qui les utilisent dans leurs produits.