ピエゾ抵抗センサーの構造

このセンサは、単結晶シリコンダイヤフラム上に抵抗ストリップを一体化プロセスにより一体化してシリコンピエゾ抵抗チップとし、このチップの周囲をシェルに固定パッケージして電極リードを引き出しています。固体圧力センサーとしても知られるピエゾ抵抗圧力センサーは、弾性感応素子を通じて間接的に外力を感知する必要がある粘着性ひずみゲージとは異なりますが、シリコン ダイヤフラムを通じて測定された圧力を直接感知します。

シリコンダイヤフラムの一方の側は測定圧力と連通する高圧キャビティであり、もう一方の側は大気と連通する低圧キャビティです。一般に、シリコン ダイアフラムは外周が固定された円形に設計され、直径と厚さの比は約 20 ～ 60 です。4 つの P 不純物抵抗ストリップが円形のシリコン ダイアフラム上に局所的に拡散され、フル ブリッジに接続されます。そのうちの 2 つは、 1 つは圧縮応力ゾーンにあり、他の 2 つは引張応力ゾーンにあり、ダイヤフラムの中心に対して対称です。

このほか、角型シリコンダイヤフラムやシリコン柱状センサーもございます。シリコン円筒センサーもシリコン円筒の結晶面の一定方向への拡散による抵抗ストリップで構成されており、2つの引張応力抵抗ストリップと2つの圧縮応力抵抗ストリップでフルブリッジを形成しています。

ピエゾ抵抗センサーは、半導体材料のピエゾ抵抗効果に従って、半導体材料の基板上の拡散抵抗によって作られるデバイスです。基板をそのまま測定センサーとして使用でき、基板内で拡散抵抗がブリッジ状に接続されています。

基板が外力によって変形すると、抵抗値が変化し、ブリッジは対応するアンバランス出力を生成します。ピエゾ抵抗センサーとして使用される基板（またはダイヤフラム）は、主にシリコンウェハーとゲルマニウムウェハーです。感応材料としてシリコンウェハーで作られたシリコンピエゾ抵抗センサーはますます注目を集めており、特に圧力と速度を測定するためのソリッドステートピエゾ抵抗センサーが最も広く使用されています。