什麼是半導體材料的壓阻效應

⑴ 求壓阻效應 名詞解釋

壓阻效應，是指當半導體受到應力作用時，由於載流子遷移率的變化，使其電阻率發生變化的現象。

⑵ 何謂半導體的壓阻效應擴散硅感測器結構有什麼特點

壓電效應是壓電感測器的主要工作原理，壓電感測器不能用於靜態測量，因為經過外力作用後的電荷，只有在迴路具有無限大的輸入阻抗時才得到保存。實際的情況不是這樣的，所以這決定了壓電感測器只能夠測量動態的應力。
壓電感測器主要應用在加速度、壓力和力等的測量中。壓電式加速度感測器是一種常用的加速度計。它具有結構簡單、體積小、重量輕、使用壽命長等優異的特點。壓電式加速度感測器在飛機、汽車、船舶、橋梁和建築的振動和沖擊測量中已經得到了廣泛的應用，特別是航空和宇航領域中更有它的特殊地位。壓電式感測器也可以用來測量發動機內部燃燒壓力的測量與真空度的測量。也可以用於軍事工業，例如用它來測量槍炮子彈在膛中擊發的一瞬間的膛壓的變化和炮口的沖擊波壓力。它既可以用來測量大的壓力，也可以用來測量微小的壓力。
壓電感測器中主要使用的壓電材料包括有石英、酒石酸鉀鈉和磷酸二氫胺。其中石英（二氧化硅）是一種天然晶體，壓電效應就是在這種晶體中發現的，在一定的溫度范圍之內，壓電性質一直存在，但溫度超過這個范圍之後，壓電性質完全消失（這個高溫就是所謂的「居里點」）。由於隨著應力的變化電場變化微小（也就說壓電系數比較低），所以石英逐漸被其他的壓電晶體所替代。而酒石酸鉀鈉具有很大的壓電靈敏度和壓電系數，但是它只能在室溫和濕度比較低的環境下才能夠應用。磷酸二氫胺屬於人造晶體，能夠承受高溫和相當高的濕度，所以已經得到了廣泛的應用。
壓電式感測器也廣泛應用在生物醫學測量中，比如說心室導管式微音器就是由壓電感測器製成的，因為測量動態壓力是如此普遍，所以壓電感測器的應用就非常廣泛。
除了壓電感測器之外，還有利用壓阻效應製造出來的壓阻感測器，利用應變效應的應變式感測器等，這些不同的壓力感測器利用不同的效應和不同的材料，在不同的場合能夠發揮它們獨特的用途。
這種壓力變送器主要利用液體或氣體在檢測器件上形成的壓力來檢測液體或者氣體的流量或壓強。把這種壓力信號轉變成標準的0～10V或者4～20mA電信號。以便控制使用。
壓力和電信號的轉化主要由各種壓力感測器的核心部件完成。核心部件主要由壓力檢測體和放大電路組成。

⑶ 什麼是半導體壓阻效應

半導體壓阻效應就是壓力使半導體電阻發生改變的現象。參見「內http://blog.163.com/xmx028@126/」中的有關說明。容

⑷ 壓阻效應的各向異性

壓阻效應是各向異性的，要用壓阻張量π(四階張量)來描述,它與電阻率變數張量δ ρ(二價張量)和應回力張量k(二階答張量)有如下關系（如圖1）:π:k。由於對稱二階張量只有六個獨立分量, 故亦可表達成（如圖2）這樣，壓阻張量可用6×6個的分量來表達。根據晶體對稱性，像鍺、硅及絕大多數其他立方晶系的半導體，壓阻張量只有三個不等於零的分量，即π11、π12和π44。

⑸ 半導體應變片以壓阻效應為主，它的靈敏度系數為金屬應變片的多少倍

半導體應變片是將單晶硅錠切片、研磨、腐蝕壓焊引線，最後粘貼在鋅酚醛樹脂或聚醯亞胺的襯底上製成的。是一種利用半導體單晶硅的壓阻效應製成的一種敏感元件。
利用半導體單晶硅的壓阻效應製成的一種敏感元件，又稱半導體應變片。壓阻效應是半導體晶體材料在某一方向受力產生變形時材料的電阻率發生變化的現象（見壓阻式感測器）。半導體應變片需要粘貼在試件上測量試件應變或粘貼在彈性敏感元件上間接地感受被測外力。利用不同構形的彈性敏感元件可測量各種物體的應力、應變、壓力、扭矩、加速度等機械量。半導體應變片與電阻應變片(見電阻應變片相比，具有靈敏系數高（約高 50～100倍）、機械滯後小、體積小、耗電少等優點。P型和N型硅的靈敏系數符號相反，適於接成電橋的相鄰兩臂測量同一應力。早期的半導體應變片採用機械加工、化學腐蝕等方法製成，稱為體型半導體應變片。它的缺點是電阻和靈敏系數的溫度系數大、非線性大和分散性大等。這曾限制了它的應用和發展。自70年代以來，隨著半導體集成電路工藝的迅速發展，相繼出現擴散型、外延型和薄膜型半導體應變片，上述缺點得到一定克服。半導體應變片主要應用於飛機、導彈、車輛、船舶、機床、橋梁等各種設備的機械量測量。

⑹ 壓阻效應常用的半導體電阻材料為什麼和什麼

感測器簡答復習題
填空題：
1. 感測器可分為物性型和結構型感測器，光敏電阻是物性型感測器，電容式加速度感測器是結構型感測器。
2. 感測器的輸入輸出特性指標可分為靜態和動態兩大類，線性度和靈敏度是感測器的靜態指標，而頻率響應是感測器的動態指標。
3. 導電材料的截面積尺寸發生變化後其電阻會發生變化，利用這一原理製成的感測器稱為電阻應變式感測器，利用電磁感應效應、霍爾效應、磁阻效應可製成的感測器為磁電式感測器，可實現速度、位移等參數測量，而壓阻式感測器則是利用了一些具有離子晶體電介質的壓電效應，它的敏感的最基本的物理量也是力。
4. 光電效應分為外光電效應和內光電效應，其中，光敏電阻的原理是基於內光電效應。
5. 電容式感測器按結構特點可分為變阻距型、變面積型、變介質型三種。
6. 目前，壓電式感測器的常用材料有壓電晶體、壓電陶瓷和高分子電致伸縮材料三類。壓電材料的逆電壓效應還可以用來產生超聲波。
7. 壓電陶瓷是人工製造的多晶體，是由無數細微的電疇組成，電疇具有自己自發的極化、方向，經過極化處理的壓電式陶瓷具有壓電效應。
8. 安熱電偶本身結構劃分有普通熱電偶、鎧裝熱電偶、薄膜熱電偶。
9. 電阻應變片的溫度補償中，若採用電橋補償法測量應變時，工作應變片粘貼在被測試件表面上，補償應變片粘貼在與被測試件完全相同的補償塊上，且補償應變片不承受應變。
10. 濕敏電阻是一種阻值隨環境相對濕度變化而變化的敏感元件。
11. 測試系統的靜態測試指標，主要有線性度、滯遲、重復性、分辨力、穩定性各種抗干擾穩定性等，通常用輸入量輸出量的對應關系來表徵。
12. 熱敏電阻的阻值與溫度之間的關系稱熱敏電阻的熱電特性，它是熱敏電阻測溫的基礎。
一． 感測器的定義及組成框圖
感測器是能感受規定的被測量並按照一定的規律轉換成可用輸出信號的器件或裝置，通常由敏感元件和轉換元件組成
被測信號[敏感元件]——>[感測元件]——>[信號調節轉換電路]
[輔助電路]
二． 感測器的線性度是怎樣確定的，擬合刻度直線有幾種方法
(1) 感測器標定曲線和擬定直線的最大偏差與滿量程輸出值的百分比叫感測器的線性度
(2) 擬合直線的常用求質：切線法，端基法，最小乘法
三． 什麼是電磁感應效應，霍爾效應
W匝線圈在磁場中運動切割磁力線或線圈所在磁場的傳遞變化時，線圈中所產生的感應電動勢e的大小決定於穿過線圈的磁通量Φ的變化率，

⑺ 壓阻效應的優點

它有以下優點：
①靈敏度與精度高；
②易於小型化和集成化；
③結構簡單、工作可靠，在幾十萬次疲勞試驗後，性能保持不變；
④動態特性好，其響應頻率為103～105Hz。

⑻ 壓阻效應的定義

壓阻效應的強弱可以用壓阻系數π來表徵。壓阻系數π被定義為單位應力作用下電阻率的相對變化。壓阻效應有各向異性特徵，沿不同的方向施加應力和沿不同方向通過電流，其電阻率變化會不相同。譬如：在室溫下測定N型硅時，沿（100）方向加應力，並沿此方向通電流的壓阻系數π11=102.2×10-11m2/N；而沿（100）方向施加應力，再沿（010）方向通電流時，其壓阻系數π12=53.7×10-11m2/N。此外，不同半導體材料的壓阻系數也不同，如在與上述N型硅相同條件下測出N型鍺的壓阻系數分別為π11=5.2×10-11m2/N；π12=5.5×10-11m2/N。
壓阻效應被用來製成各種壓力、應力、應變、速度、加速度感測器，把力學量轉換成電信號。例如：壓阻加速度感測器是在其內腔的硅梁根部集成壓阻橋（其布置與電橋相似），壓阻橋的一端固定在感測器基座上，另一端掛懸著質量塊。當感測器裝在被測物體上隨之運動時，感測器具有與被測件相同的加速度，質量塊按牛頓定律（第二定律）產生力作用於硅樑上，形成應力，使電阻橋受應力作用而引起其電阻值變化。把輸入與輸出導線引出感測器，可得到相應的電壓輸出值。該電壓輸出值表徵了物體的加速度。

⑼ 什麼是巨壓阻效應

壓阻效應是用來描述材料在受到機械式應力下所產生的電阻變化。不同於壓電效應，壓阻效應只產生阻抗變化，並不會產生電荷。
凱爾文(Lord Kelvin)在西元1856年第一次發現金屬的阻抗在施加機械性負荷時會產生改變。到了西元1954年，正當單晶硅逐漸成為類比及數位電路設計的材料的選擇時，第一次在硅及鍺中發現高度的壓阻效應(Smith 1954)。

壓阻性元件的感度可由其程度因子的表示：

其中 和 R 分別代表器件長度及阻抗的相對增量
[編輯] 金屬中的壓阻效應
在金屬感知器中的壓阻效應，純粹是由於施加於其上的機械應力所產生感知器的幾何形狀改變所造成的，從這個幾何上的壓阻效應而衍生出程度因子(gauge factors) (Window 1992)：

其中 代表與材料相關的泊松比。

盡管這個數值相對於其它材料的壓阻效應來說是相當小，金屬壓阻器（即張力計）成功地在廣泛應用領域中被使用著 (Window 1992))。

[編輯] 半導體中的壓阻效應
半導體材料中的壓阻效應遠大於金屬在幾何上的壓阻效應，在鍺、多晶硅、非晶硅、碳化硅及單晶硅中都可發現壓阻效應的存在。

[編輯] 硅中的壓阻效應
硅的電阻變化不單是來自與應力有關的幾何形變，而且也來自材料本身與應力相關的電阻，這使得其程度因子大於金屬數百倍之多 (Smith 1954)。N型硅的電阻變化主要是由於其三個導帶谷對的位移所造成不同遷移率的導帶谷間的載子重新分布，進而使得電子在不同流動方向上的遷移率發生改變。其次是由於來自與導帶谷形狀的改變相關的等效質量(effective mass)的變化。在P型硅中，此現象變得更復雜，而且也導致等效質量改變及電洞轉換。
壓阻效應已經被廣泛應用於各種半導體材料製作而成的感知器中，這些材料包括：鍺、多晶硅、非晶硅及單晶硅。由於硅是現今在數位及類比集成電路(IC)的材料，以硅製作而成的壓阻性元件的應用就變得非常有意義，這使得將應力感知器容易整合於雙極性及互補式金氧半導體線路中，進而使得壓阻效應被應用於廣泛的商品化產品之中，如：壓力感知器及加速度感知器。另一方面，也由於硅的壓阻效應的顯著，使得其它在單晶硅元件的研發方面無法忽略此效應的存在，例如，半導體霍耳感知器就必須採取某些方法，將來自外加機械應力的訊號貢獻消除之後，才能達到其該具有的電流精確度。

[編輯] 壓電阻器
壓電阻器最基本壓阻性元件，以壓阻性材料製作而成的電阻，通常用於機械性應力的量測。

製作
許多不同種類的壓阻性材料都可用來製作壓電阻，最簡單形式的硅壓阻感知器是擴散電阻。此壓電阻是以擴散的方式在P型(N型)的硅基板上製作具有兩個接點的N型(P型)井所組成，由於這些元件的面電阻約在數百歐姆的范圍，為了便於歐姆接觸的製作，還必須在接點位置上額外擴散P+(N+)雜質於P型(N型)井中。

⑽ 什麼是金屬的電阻應變效應什麼是壓阻效應兩者有何異同

從原理上講，應變式壓力感測器，是外界的壓力（或拉力）引起應變材料的幾何形狀（長度或寬度）發生改變，進而導致材料的電阻發生變化。檢測這個電阻變化量可以測得外力的大小。

壓阻式壓力感測器通常是半導體壓敏材料。半導體壓阻式感測器在受到外力後，自身的幾何形狀幾乎沒有什麼改變，而是其晶格參數發生改變，影響到禁帶寬度。禁帶寬度哪怕是非常微小的改變，都會引起載流子密度很大的改變，這最終引起材料的電阻率發生改變。

可見兩種材料雖然都對外力變化呈現出電阻的變化，但原理不同。另外，應變式材料對外力的敏感度遠遠低於半導體壓阻材料，後者的靈敏度是前者的約100倍；應變材料特性受溫度影響較小，而半導體壓阻材料對溫度敏感。

(10)什麼是半導體材料的壓阻效應擴展閱讀：

當金屬電阻絲受到軸向拉力時，其長度增加而橫截面變小，引起電阻增加。反之，當它受到軸向壓力時則導致電阻減小。電阻應變計與彈性敏感元件、補償電阻一起可構成多種用途的電阻應變式感測器。

兩種應變式力感測器均為一端固定，一端為自由的彈性敏感裝置，當有力作用其上時，敏感裝置受力發生蠕變。測量前平衡電橋的四組應變片已做調零處理。受力蠕變時平衡條件被破壞，使輸出電壓或電流產生躍變，其躍變值直接反映受力大小。

將感測器固定於被測體上，當被測體發生水平加速度α時，因慣性質量塊將產生與加速度方向相反的力F，該力使支撐梁彎曲，梁的表面發生蠕變，致使組成平衡電橋的應變片阻值發生變化。結果同力感測器一樣，使輸出電壓或電流產生躍變，其躍變值直接反映加速度的大小。