Che cos'è un sensore piezoresistivo?
Un sensore piezoresistivo è un dispositivo che utilizza i cambiamenti nella resistività di alcuni materiali semiconduttori quando sottoposti a sollecitazioni meccaniche per effettuare un'azione elettronica. Questo fenomeno piezoresistivo si basa sulla tendenza di questi materiali a subire variazioni nelle loro caratteristiche resistive latenti quando flesso dall'esposizione a pressione o stress. Ciò provoca una variazione corrispondente in qualsiasi corrente elettrica che passa attraverso il dispositivo che si traduce in una misurazione o lettura. I materiali a semiconduttore comunemente utilizzati nei dispositivi piezoresistivi sono generalmente le stesse famiglie di base metalliche e siliconiche utilizzate nella maggior parte dei componenti elettronici. Questi componenti sono disponibili con una vasta gamma di caratteristiche di sensibilità per soddisfare le esigenze di diversi settori.
Quando alcuni materiali semiconduttori sono esposti a sollecitazioni meccaniche, alla loro resistività o alla capacità di base di contrastare il flusso di corrente elettrica, i cambiamenti. Questo cambiamento nel carattere resistivo dei materiali ovviamente cambia il suo valore di resistenza specifico. Ciò comporta un aumento o una caduta di qualsiasi corrente passata attraverso il dispositivo che viene quindi utilizzata per indicare o misurare lo stress coinvolto. L'effetto piezoresistivo è sfruttato per creare una gamma di dispositivi a semiconduttore sensibili alla deflessione utilizzati per registrare e misurare forze che inducono sollecitazioni come accelerazione e pressione.
Questo tipo di sensore è tipicamente costruito con substrati semiconduttori come germanio, silicone policristallino, silicone amorfo e silicone a cristallo singolo. Un sensore tipico è costituito da un diaframma a semiconduttore sensibile alla pressione con diversi contatti n + e p + collegati ad esso. La corrente elettrica viene fatta passare attraverso il wafer a una velocità che dipende dalla sua resistenza. Questo trasferimento di corrente e la risultante lettura differiscono in base alle variazioni di resistenza nel componente quando il diaframma è esposto alla pressione. Questi sensori variano in complessità da semplici piezoresistori con portata limitata e stabilità della temperatura a Piezo-FET altamente stabili e precisi.
Il sensore piezoresistivo viene utilizzato in un'ampia varietà di applicazioni che prevedono la misurazione di sollecitazioni meccaniche. L'industria automobilistica li impiega come sensori di vuoto e pressione o per indicare i livelli di olio e gas. Sono anche utilizzati in campo medico in dispositivi come apparecchiature di misurazione della pressione sanguigna. I misuratori di profondità utilizzati dai sommozzatori utilizzano anche la tecnologia dei sensori piezoresistivi per produrre letture accurate della profondità. Questi dispositivi sono utilizzati anche in altimetri per aeromobili e strumenti di pressione barometrica.
Sensori di questo tipo dipendenti dalla pressione sono spesso utilizzati anche in strumenti elettronici di misura che utilizzano circuiti e componenti come il ponte di Wheatstone e i transistor bipolari. Gli accelerometri utilizzati per misurare l'orientamento della posizione, l'accelerazione e le forze di vibrazione utilizzano anche la tecnologia dei sensori piezoresistivi per produrre le loro letture. Questa tecnologia ha anche trovato la sua strada nell'ambiente domestico con molte lavastoviglie, aspirapolvere e produttori di lavatrici che li utilizzano nei loro prodotti.