当前课程知识点：集成传感器 > 第二章 > 第2节 集成压阻压力传感器 > 2-2-1 压阻效应
首先我们介绍一下
什么是压阻效应
压阻效应是由
贝尔实验室的查理斯密斯
于1954年发现的
它是指锗或者硅半导体材料中
它的电阻率
随压力变化的一种现象
我们称之为压阻效应
为什么半导体材料
在外加应力的作用下
其电阻率会发生变化呢
我们知道我们常用的
锗 硅等半导体晶体材料
在外加的应力作用下
不同的晶向上
会产生不同的晶格间距的变化
而晶格间距的不同变化
会导致材料的能带结构有所变化
因此就会使得材料的载流子分布
以及迁移率而产生变化
从而导致材料的电阻率
它发生变化
这个式子就是我们描述
材料压阻特性的一个公式
左边是电阻率的变化
右边是材料所受到的应力
乘以一个系数
这个系数π就是材料的压阻系数
对于一根细长的导体
或者半导体材料而言
假设它的长度为l 横截面积为A
电阻率为ρ的时候
整个材料的电阻值等于ρ
乘以l除以A
那么当这个材料为半导体材料时
它的电阻率 长度 横截面积
在应力的作用下都会发生变化
从而这些都会对电阻的变化
而产生贡献
那么对上式这样一个电阻公式
进行全微分的话
我们可以得到这样一个式子
就是电阻的变化和电阻率的变化
以及长度的变化
以及横截面积变化的一个关系
我们将这样一个关系式
转化为一个相对量变化的
一个关系式
我们可以看到电阻的相对变化
和电阻率的相对变化
长度的相对变化
以及横截面积相对变化的关系
假设我们半导体材料
具有圆形的截面
那么我们根据圆形截面的
面积与截面半径的关系
以及材料泊松比的定义
我们可以得到
材料截面积的相对变化
与材料长度的相对变化的关系
同时我们利用
刚才提到的压阻效应的关系式
也就是材料的电阻率的变化
与外加应力的关系
我们可以得到材料的电阻率变化
与材料长度的变化的关系
将这两个式子
带入到刚才
电阻的相对变化的公式
我们可以得到
半导体材料的电阻相对变化
与在外加应力作用下
材料产生的形变之间的关系
那么这样一个关系中的
系数G与材料的泊松比 杨氏模量
与压阻系数π有关
对于一般金属材料
电阻率基本上与应力无关
也就是说它的π和E的乘积很小
可以忽略不计
所以说应用材料的电阻变化
主要取决于其几何尺寸的变化
而对于半导体材料而言
它的压阻系数π很大
也就是说πE远大于1加2乘以6
因此半导体材料的G
主要取决于其压阻系数π
以及其杨氏模量E的乘积
由此可见
将半导体材料优良的压阻特性
与其弹性性能相结合
就构成了
半导体压阻式力传感器的基础
由于半导体单晶材料的晶格
具有各向异性
由应力导致的不同方向上的
能带变化也是不同的
因此电阻率的变化也不相同
所以压阻效应
具有各向异性的性质
在各个不同的晶面上
材料的压阻系数是不同的
-第1节 什么是传感器
-第2节 什么是集成传感器
-第3节 集成传感器的应用
-第4节 硅材料与半导体物理简介
-第5节 半导体器件简介
-第1节 集成力传感器
-第2节 集成压阻压力传感器
-第3节 电容式力传感器
-第二章--习题
-第1节 温度传感器简介
-第2节 硅热敏电阻
-第3节 PN结温度传感器
-第4节 双极型晶体管温度传感器
-第5节 热电传感器
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-第2节 湿度的定义与检测方法
-第3节 多种原理的集成湿度传感器-1
-第4节 多种原理的集成湿度传感器-2
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-第1节 磁传感器简介
-第2节 霍尔效应
--5-2 霍尔效应
-第3节 霍尔传感器的设计
-第4节 霍尔传感器的示例
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-第5节 磁电阻传感器
-第6节 磁敏二极管
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-第五章（下）--习题
-第1节 光波与光传感器简介
-第2节 光电导效应与光敏电阻
-第3节 光敏二极管和三极管-1
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-第6节 MOSFET型气体传感器
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-第7节 集成气体传感器实例和未来
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-第七章（下）--习题
-讨论一
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-第一部分 引言与智能传感器
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-第二部分 无线传感网络、总结与展望
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