Разработка полупроводниковых тензочувствительных элементов для систем неразрушающего контроля напряженно-деформированного состояния материалов

• Автор: Озаренко, Александр Валентинович
• Шифр специальности: 05.11.13
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Тамбов
• Количество страниц: 131 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ

Введение
1. ИНФОРМАЦИОННЫЙ ОБЗОР И АНАЛИЗ ПРОБЛЕМЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕХАНИЧЕСКИХ НАПРЯЖЕР1ИЙ И ДЕФОРМАЦИЙ ТЕНЗОЧУВСТВИТЕЛЬНЫМИ ЭЛЕМЕНТАМИ
1.1 Общая характеристика проблемы определения механических напряжений и деформаций
1.2 Краткий анализ тензорезисторных средств контроля, применяемых для определения механических напряжений
и деформаций
1.3 Постановка задачи исследования влияния деформации на параметры полупроводниковых структур и пути ее решения
1.4 Выводы
2. ИССЛЕДОВАНИЕ И АНАЛИЗ ВЛИЯНИЯ ДЕФОРМАЦИИ НА ОСНОВНЫЕ ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ ПОЛУПРОВОДНИКОВ ОГО ТЕНЗ ОЧУВ СТВИТЕ льного ЭЛЕМЕНТА НА ОСНОВЕ МДП-СТРУКТУРЫ
2.1 Влияние деформации на изменение концентрации
носителей заряда
2.2 Формирование области пространственного заряда
2.3 Деформационная зависимость подвижности носителей
заряда с учетом полевого эффекта
2.4 Выводы
3. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ФИЗИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ, ПРОИСХОДЯЩИХ В ТЕНЗОЧУВСТВИТЕЛЬНОМ ЭЛЕМЕНТЕ НА ОСНОВЕ МДП-СТРУКТУРЫ ПРИ ОДНООСНОЙ УПРУГОЙ ДЕФОРМАЦИИ

3.1 Разработка математической модели
3.2 Влияние электрофизических параметров на выходной сигнал тензочувствительного элемента
3.3 Влияние топологических и электрических параметров
на выходной сигнал тензочувствительного элемента
3.4 Методика разработки тензочувствительных элементов
с заданными метрологическими характеристиками
3.5 Выводы
4. РАЗРАБОТКА КОНСТРУКЦИЙ ИНТЕГРАЛЬНЫХ ТЕНЗОПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ И МИКРОПРОЦЕССОРНОЙ СИСТЕМЫ НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ МАТЕРИАЛОВ
4.1 Основные технологические этапы изготовления
тензочувствительного элемента
4.2 Влияние технологических операций на метрологические характеристики тензочувствительного элемента
4.3 Метрологический анализ разработанного тензочувствительного элемента
4.4 Разработка конструкций интегральных
тензопреобразователей
4.5 Структурная схема и принцип работы микропроцессорной системы неразрушающего контроля напряженно-деформированного состояния материалов
4.6 Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЯ
Перечень наиболее часто употребляемых условных обозначений
по — полная концентрация носителей заряда, м'3; п, - собственная концентрация носителей заряда, м‘3;
Nd - концентрация донорной примеси, м'3;
Nc - эффективная плотность состояний в зоне проводимости, м'3;
Ny - эффективная плотность состояний в валентной зоне, м"3;
Т- температура, К; е - заряд электрона, Кл;
Eg - ширина запрещенной зоны, эВ; к - постоянная Больцмана, эВ;
Qs - полная поверхностная плотность заряда, Кл /м2;
VG — управляющий потенциал, В;
VD - потенциал на выходе ТЧЭ, В;
USD — разность потенциалов между входом и выходом ТЧЭ, В;
Vnp - напряжение пробоя диэлектрика, В;
/0 — выходной ток ТЧЭ, А;
е0 — абсолютная диэлектрическая проницаемость вакуума, Ф/м; es,o2 ~ относительная диэлектрическая проницаемость диэлектрика;
Ss, - относительная диэлектрическая проницаемость кремния; л-; — продольный коэффициент пьезосопротивления, Па"1;
С - средний продольный модуль упругости полупроводника, Па;
X- механическое напряжение, Па;
цп - подвижность носителей заряда, м2/В-с;
d - толщина диэлектрика, м;
Z- ширина канала, м;
Lq - длина канала, м;
МДП-структура - структура металл - диэлектрик - полупроводник; ПИП - первичный измерительный преобразователь;
ТЧЭ - тензочувствительный элемент.

аналого-цифровой преобразователь (АЦП), микропроцессор и постоянное запоминающее устройство, учитывает этот недостаток. Дополнительно в него введены цифровой датчик температуры, температурный корректор, идентификатор, обратный преобразователь, сумматор, компаратор и блок индикации и клавиатуры. В процессе работы устройства имеет место прямая коррекция температурной зависимости тензорезисторного моста, а также сигнализация при достижении входным давлением пороговых уровней. Таким образом, устройство характеризуется повышенной точностью измерения и расширенными функциональными возможностями.
Рис. 1.10. Структурная схема устройства для измерения давления.
Работает устройство следующим образом. При воздействии давления сопротивление тензорезисторов моста 1 изменяется и на измерительной его диагонали появляется напряжение, которое усиливается дифференциальным усилителем 3 и подается на аналого-цифровой преобразователь 4. Цифровой код аналого-цифрового преобразователя 4 подается в идентификатор 9, который осуществляет идентификацию нелинейной функции выходной характеристики тензорезисторного моста 1 путем определения коэффициентов заданной аппроксимирующей функции в режиме калибровки устройства. Обратный преобразователь 10 формирует на выходе величину входного давления по обратной аппроксимирующей функции, компенсируя тем самым не-