Mis on rõhuanduri põhimõte?
Pooljuhtide rõhuandurid võib jagada kahte kategooriasse, millest üks põhineb aluspõhimõttel, et pooljuhtide PN-ristmik (või Schottky-ristmik) muudab stressi korral I-υ omadusi. Seda tüüpi survetundlike komponentide omadused on väga ebastabiilsed ega ole eriti arenenud. Teine on pooljuht -piesoresistentse efekti alusel moodustatud andur, mis on pooljuhtrõhu anduri peamine tüüp. Esimestel päevadel kleepiti enamik pooljuhttakistuse pingeandureid elastsetele elementidele, et valmistada erinevaid pinge- ja deformatsioonitesti instrumente. 1960. aastatel ilmusid koos pooljuhtide integraallülituste tehnoloogilise arenguga ka pooljuhtsurveandurid difusioontakistustega piesoresistentsete komponentidena. Seda tüüpi rõhuanduril on lihtne ja usaldusväärne struktuur. Puuduvad suhtelised liikuvad komponendid. Survetundlik element ja anduri elastne element on integreeritud, mis välistab mehaaniliste seadmete mahajäämuse ja pingete lõdvestamise ning parandab anduri omadusi.
Pooljuhtide piesoresistentne toime Pooljuhtidel on väliste jõududega seotud omadus, see tähendab, et takistus (tähistatud märgiga ρ) muutub maapinna jõuga, mida nimetatakse piesoresistentseks efektiks. Resistentsuse suhtelist muutust ühikupinge mõjul nimetatakse piesoresistentseks koefitsiendiks ja seda tähistab märk π. Väljendatud matemaatilises valemis kui 墹 ρ/ρ=πσ
Valemis tähistab σ stressi. Vastupidavuse väärtuse (R/R) muutus, mida pooljuhttakisti peab pinge all tekitama, on määratud takistusmuutusega, seega võib piesoresistentse efekti ülaltoodud relatsioonivõrrandi kirjutada ka kui R/R=πσ
Välisjõu mõjul tekivad pooljuhtkristallis teatud maanduspinged (σ) ja pinged (ε). Nendevahelise sisemise suhte määrab tooraine Young' moodul (Y), st Y=σ/ε
Kui piesoresistentset efekti väljendatakse pingena, mida pooljuht talub, siis R/R=Gε
G -d nimetatakse rõhuanduri tundlikkuse teguriks, mis tähistab seadme pingest tingitud takistuse suhtelist muutust.
Piesoresistivne indeks või osavustegur on pooljuht -piesoresistentse efekti põhiline füüsiline parameeter. Nendevaheline suhe on sama, mis maapinna pinge ja pinge, mis määratakse kindlaks tooraine Noorte' mooduli, st G=πY
Kuna pooljuhtkristallid on elastsuse poolest anisotroopsed, muutuvad Youngi moodul ja piesoresistiv koefitsient kristallide orientatsiooniga. Pooljuht -piesoresistentse efekti suurus on samuti tihedalt seotud pooljuhi takistusega. Mida väiksem on takistus, seda väiksem on tundlikkusfaktori väärtus. Difusioonitakisti piesoresistentne toime määratakse difusioonitakisti kristalliseerumiskalduvuse ja lisandite kontsentratsiooni järgi. Peamine lisandite kontsentratsioon viitab difusioonikihi lisandite pinnale.
