преобразователь перемещений

Классы МПК:G01B7/00 Измерительные устройства, отличающиеся использованием электрических или магнитных средств
H01L49/00 Приборы на твердом теле, не предусмотренные в группах  27/00
Автор(ы):, ,
Патентообладатель(и):Открытое акционерное общество Арзамасское научно-производственное предприятие "ТЕМП-АВИА" (ОАО АНПП "ТЕМП-АВИА") (RU)
Приоритеты:
подача заявки:
2004-06-15
публикация патента:

Изобретение относится к измерительной технике. Технический результат: повышение точности измерения линейных перемещений. Сущность: преобразователь содержит две полупроводниковые подложки с выполненными на них истоками и каналами, отделенным р-n переходами от подложек. На подвижном узле размещены изолированные зазорами от первой и второй подложек первый и второй металлизированные затворы. Толщина слоя металлизации затворов выполняется в зависимости от толщин кремниевого участка зазора и диэлектрического слоя изоляции канала, величин их температурных коэффициентов линейных расширений и температурного коэффициента напряжения питания на стоке. 1 ил. преобразователь перемещений, патент № 2279632

преобразователь перемещений, патент № 2279632

Формула изобретения

Преобразователь перемещения, содержащий первую полупроводниковую подложку с выполненными на ней первым истоком, первым каналом, отделенным первым р-n переходом от подложки, и первым стоком, вторую полупроводниковую подложку с выполненными на ней вторым истоком, вторым каналом, отделенным вторым р-n переходом от подложки, и вторым стоком, изолированные от первой и второй подложек зазорами первый и второй металлизированные затворы, размещенные на одном подвижном узле, отличающийся тем, что толщина слоя металлизации затвора выполняется в зависимости от толщины кремниевого участка hкр зазора и величины температурных коэффициентов в соответствии с математическим выражением

преобразователь перемещений, патент № 2279632

где hм - толщина слоя металлизации затвора; hкр - толщина кремниевого участка зазора; преобразователь перемещений, патент № 2279632 - температурный коэффициент напряжения питания на стоке; преобразователь перемещений, патент № 2279632 кр - температурный коэффициент линейных расширений кремния; hд - толщина диэлектрического слоя; преобразователь перемещений, патент № 2279632 д - температурный коэффициент линейных расширений диэлектрического слоя; преобразователь перемещений, патент № 2279632 м - температурный коэффициент линейных расширений слоя металлизации затвора.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к измерительной технике и может использоваться для измерения малых линейных перемещений с высокой точностью, а более конкретно для создания преобразователя перемещений на МДП-структурах.

Известен аналогичный преобразователь перемещений [1], который содержит чувствительный элемент из МДП-транзистора с отсоединенным затвором, применяемый в делителе напряжения. Сопротивление канала проводимости транзистора при постоянном напряжении на затворе зависит от расстояния между затвором и каналом проводимости.

Недостатком известного устройства является нелинейность статической характеристики.

В качестве прототипа выбран датчик перемещения [2], выполненный в виде МДП-структуры с подвижным затвором и примесно-имплантированным каналом в подзатворной области. Глубина канала, а также отношение концентраций донорной и акцепторной примесей в зоне канала и примыкающем к нему обедненном слое выполнены так, что статическая характеристика датчика становится линейной.

Недостатком устройства является низкая точность, обусловленная тем, что при изменении температуры изменяется величина начального зазора h0, толщина диэлектрического слоя hд, изолирующего канал проводимости, и величина напряжения питания Uст на стоке МДП-структуры. Эти изменения оказывают существенное влияние на стабильность сопротивления канала проводимости МДП-структуры.

Задачей, решаемой данным изобретением, является повышение точности преобразователя перемещений на МДП-структуре.

Эта задача решается тем, что в преобразователе перемещения, содержащем первую полупроводниковую подложку с выполненным на ней первым истоком, первым каналом, отделенным первым р-n переходом от подложки и первым стоком, изолированный от первой подложки зазором первый металлизированный затвор, первый диэлектрический слой, отделяющий первый канал от первого зазора, отличающийся тем, что в устройство введена вторая полупроводниковая подложка с выполненным на ней вторым истоком, вторым каналом, отделенным вторым р-n-переходом от подложки и вторым стоком и второй металлизированный затвор, второй диэлектрический слой, отделяющий второй канал от второго зазора, второй металлизированный затвор размещен на одном подвижном узле с первым металлизированным затвором, толщина слоя металлизации первого и второго металлизированных затворов выполняется в зависимости от толщины кремниевого участка h кр зазора и величины температурных коэффициентов в соответствии с математическим выражением

преобразователь перемещений, патент № 2279632

hм - толщина слоя металлизации затвора; hкр - толщина кремниевого участка зазора; преобразователь перемещений, патент № 2279632 - температурный коэффициент напряжения питания на стоке; преобразователь перемещений, патент № 2279632 кр - температурный коэффициент линейных расширений кремния; hд - толщина диэлектрического слоя; преобразователь перемещений, патент № 2279632 д - температурный коэффициент линейных расширений диэлектрического слоя; преобразователь перемещений, патент № 2279632 м - температурный коэффициент линейных расширений слоя металлизации затвора.

К существенным отличиям заявленного устройства по сравнению с известным относится то, что толщина слоя металлизации затвора зависит от толщины кремниевого участка зазора и температурных коэффициентов линейного расширения, что позволяет получить оптимальное соотношение между ними и тем самым повысить точность устройства.

Предлагаемый преобразователь перемещений иллюстрируется чертежом.

Преобразователь перемещений содержит две одинаковые кремниевые пластины 1, в которых выполнены одинаковые МДП-структуры, состоящие из стоков 2, встроенных каналов 3 проводимости и истоков 7. Каналы 3 проводимости изолированы от внешней среды диэлектрическим слоем 4 двуокиси кремния, а от тела пластины 1 р-n-переходом 5 (канал - обедненный слой). К истокам 7 и стокам 2 подключены соответствующие напряжения питания 10 и 11. Между пластинами 1 размещена центральная пластина 15, на которой выполнен подвижный узел (маятник) 8. Подвижный узел 8 соединен с центральной пластиной 15 упругой перемычкой 9, выполненной как одно целое с подвижным узлом 8. На подвижном узле 8 с обеих сторон выполнены металлизированные затворы 6. Разность между толщинами центральной пластины 15 и подвижного узла 8 является кремниевым участком hкр, величина которого для одной стороны составляет:

преобразователь перемещений, патент № 2279632

где hцп - толщина центральной пластины 15; hпу - толщина подвижного узла 8;

Между диэлектрическим слоем 4 и затвором 6 имеется газовый зазор h0, равный разности между кремниевым участком hкр и толщиной металлизированного затвора 6:

преобразователь перемещений, патент № 2279632

где hм - толщина слоя металлизации затвора 6.

Обе МДП-структуры включены дифференциально в мостовую схему (не показана).

Работа предлагаемого преобразователя перемещений, например, в составе акселерометра осуществляется следующим образом. В нейтральном положении зазоры между каналами 3 и затворами 6 одинаковы, перемещение у=0 и соответственно изменение сопротивления Rк канала 3 равно нулю.

преобразователь перемещений, патент № 2279632

где L и z - длина и ширина канала 3 проводимости; преобразователь перемещений, патент № 2279632 n - подвижность донорной примеси проводимости в зоне канала 3; преобразователь перемещений, патент № 2279632 г - диэлектрическая проницаемость в газовом зазоре; Uст - напряжение питания на стоке 2 МДП-структуры.

При дифференциальном включении двух одинаковых датчиков перемещения статическая характеристика известного устройства имеет вид:

преобразователь перемещений, патент № 2279632

где преобразователь перемещений, патент № 2279632 преобразователь перемещений, патент № 2279632 - сопротивления каналов 3 первой и второй МДП-структур.

При наличие перемещения упреобразователь перемещений, патент № 2279632 0 сопротивление каналов 3 и их знак изменяются в соответствии с формулой (4). На выходе мостовой схемы появляется напряжение, прямо пропорциональное величине перемещения.

Подставляя сопротивления каналов 3 первой и второй МДП-структур в формулу (3), получим:

преобразователь перемещений, патент № 2279632

где преобразователь перемещений, патент № 2279632 преобразователь перемещений, патент № 2279632 - подзатворные емкости первой и второй МДП-структур при последовательном соединении емкости диэлектрического слоя и емкости газового зазора; преобразователь перемещений, патент № 2279632 преобразователь перемещений, патент № 2279632 - емкости газовых зазоров; преобразователь перемещений, патент № 2279632 г - диэлектрическая проницаемость газа в зазоре между диэлектрическим слоем 4 и затвором 6; hг1=h 0+у, hг2=h0-у - зазоры между каналами 3 проводимости и затворами 6 с учетом перемещений подвижных затворов 6.

После преобразований формулы (5) с учетом значений подзатворных емкостей, получим:

преобразователь перемещений, патент № 2279632

Заменим в формуле (6) температурно-зависимые параметры в виде:

преобразователь перемещений, патент № 2279632

где преобразователь перемещений, патент № 2279632 , преобразователь перемещений, патент № 2279632 , преобразователь перемещений, патент № 2279632 , преобразователь перемещений, патент № 2279632 - значения параметров при нормальных условиях; преобразователь перемещений, патент № 2279632 Т - изменение температуры.

Подставляя (7) в (6) и вычитая из полученного результата соотношение (6), приведенное к нормальным условиям, получим:

преобразователь перемещений, патент № 2279632

где преобразователь перемещений, патент № 2279632 - суммарная погрешность преобразователя.

Из требования нулевой погрешности в (8) получим соотношение (1), которое необходимо выполнить для обеспечения минимальной погрешности.

Класс G01B7/00 Измерительные устройства, отличающиеся использованием электрических или магнитных средств

многоступенчатый датчик угла -  патент 2529825 (27.09.2014)
внутритрубный многоканальный профилемер -  патент 2529820 (27.09.2014)
способ настройки тензорезисторных датчиков с мостовой измерительной цепью по мультипликативной температурной погрешности с учетом положительной нелинейности температурной характеристики выходного сигнала датчика -  патент 2528242 (10.09.2014)
бесконтактное радиоволновое устройство для измерения толщины диэлектрических материалов -  патент 2528131 (10.09.2014)
магниторезистивный датчик перемещений -  патент 2528116 (10.09.2014)
способ испытания внутритрубного инспекционного прибора на кольцевом трубопроводном полигоне -  патент 2526579 (27.08.2014)
устройство для измерения многокоординатных смещений торцов лопаток -  патент 2525614 (20.08.2014)
способ и установка для удаления двойной индикации дефектов при контроле труб по дальнему полю вихревых токов -  патент 2523603 (20.07.2014)
адаптивный датчик идентификации и контроля положения трех видов изделий -  патент 2523107 (20.07.2014)
устройство автоматического контроля прямолинейности сварных стыков рельсов и способ его использования -  патент 2520884 (27.06.2014)

Класс H01L49/00 Приборы на твердом теле, не предусмотренные в группах  27/00

устройство для прецизионных перемещений (варианты) -  патент 2395155 (20.07.2010)
структура диэлектрической пленки, пьезоэлектрический исполнительный элемент, использующий структуру диэлектрического элемента пленки, и печатающая головка для струйной печати -  патент 2335826 (10.10.2008)
электролюминесцентное устройство -  патент 2295175 (10.03.2007)
пористая пленка из полипараксилилена и его замещенных, способ ее получения и полупроводниковый прибор с её использованием -  патент 2218365 (10.12.2003)
пленка из поли ( ,,,- тетрафторпараксилилена), способ ее получения и полупроводниковый прибор с ее использованием -  патент 2218364 (10.12.2003)
градиентный концентратор -  патент 2162257 (20.01.2001)
способ детектирования газовых смесей -  патент 2146816 (20.03.2000)
полупроводниковый термопреобразователь сопротивления -  патент 2145135 (27.01.2000)
способ изготовления интегрального датчика -  патент 2123220 (10.12.1998)
способ нанесения пленок -  патент 2102814 (20.01.1998)
Наверх