什么是 应变效应？ 压阻效应 压点效应？

所谓压阻效应，是指当半导体受到应力作用时，由于载流子迁移率的变化，使其电阻率发生变化的现象。它是c.s史密斯在1954年对硅和锗的电阻率与应力变化特性测试中发现的。压阻效应的强弱可以用压阻系数π来表征。压阻系数π被定义为单位应力作用下电阻率的相对变化。压阻效应有各向异性特征，沿不同的方向施加应力和沿不同方向通过电流，其电阻率变化会不相同。譬如：在室温下测定n型硅时，沿（100）方向加应力，并沿此方向通电流的压阻系数π11=102.2×10-11m2/n；而沿（100）方向施加应力，再沿（010）方向通电流时，其压阻系数π12=53.7×10-11m2/n。此外，不同半导体材料的压阻系数也不同，如在与上述n型硅相同条件下测出n型锗的压阻系数分别为π11=5.2×10-11m2/n；π12=5.5×10-11m2/n。

压阻效应被用来制成各种压力、应力、应变、速度、加速度传感器，把力学量转换成电信号。例如：压阻加速度传感器是在其内腔的硅梁根部集成压阻桥（其布置与电桥相似），压阻桥的一端固定在传感器基座上，另一端挂悬着质量块。当传感器装在被测物体上随之运动时，传感器具有与被测件相同的加速度，质量块按牛顿定律（第二定律）产生力作用于硅梁上，形成应力，使电阻桥受应力作用而引起其电阻值变化。把输入与输出导线引出传感器，可得到相应的电压输出值。该电压输出值表征了物体的加速度。

半导体压阻传感器已经广泛地应用于航空、化工、航海、动力和医疗等部门。

它有以下优点：

①灵敏度与精度高；

②易于小型化和集成化；

③结构简单、工作可靠，在几十万次疲劳试验后，性能保持不变；

④动态特性好，其响应频率为103～105hz。

固体受到作用力后电阻率发生变化的现象称为：压阻效应

压阻效应（piezoresistive effect），物理现象，是指当半导体受到应力作用时，由于应力引起能带的变化，能谷的能量移动，使其电阻率发生变化的现象。

它是C.S史密斯在1954年对硅和锗的电阻率与应力变化特性测试中发现的。半导体压阻传感器已经广泛地应用于航空、化工、航海、动力和医疗等部门。

压阻效应的强弱可以用压阻系数π来表征。压阻系数π被定义为单位应力作用下电阻率的相对变化。压阻效应有各向异性特征，沿不同的方向施加应力和沿不同方向通过电流，其电阻率变化会不相同。

譬如：在室温下测定N型硅时，沿（100）方向加应力，并沿此方向通电流的压阻系数π11=102.2×10-11m2/N；而沿（100）方向施加应力，再沿（010）方向通电流时，其压阻系数π12=53.7×10-11m2/N。

此外，不同半导体材料的压阻系数也不同，如在与上述N型硅相同条件下测出N型锗的压阻系数分别为π11=5.2×10-11m2/N；π12=5.5×10-11m2/N。

金属应变计的工作机理是所谓几何效应：当应变计拉长时，则其截面积减小，从而造成电阻增大。金属应变计主要是采用康铜之类的Cu-Ni合金来制作，往往采用弯曲的条状结构。这种应变计在较小的功耗下具有较大的灵敏度和较大的电阻。

半导体应变计的工作机理，除了几何效应以外，还有更为重要的所谓压阻效应(压电效应)：当应变计拉长或者缩短时，半导体的载流子迁移率将发生变化，则导致电阻变化。半导体应变计主要是采用Si来制作，常常采用扩散或者离子注入式的结构，这与IC工艺兼容。这种应变计具有较好的温度稳定性、更好的线性度、更大的应变范围和使用灵活（如易于附着在弯曲表面上）。为了提高灵敏度和线性度，往往采用p型半导体（不用n型半导体）；而且为了提高温度稳定性，多半采用高掺杂半导体（1020cm-3，但要折中考虑灵敏度）。

在应力作用下，应变计的长度L、面积A和电阻率ρ都将发生变化，这就造成电阻R发生变化，其电阻变化率为

ΔR/R = (ΔL/L)-(ΔA/A)+(Δρ/ρ) = e(1+2n+P)

式中e=ΔL/L是应变，n是Poisson比，P是表征压阻效应大小性能的参量（称为量规因子，P = (Δρ/ρ)/(ΔL/L) ）。

根据半导体压阻效应，对于p型Si的[110]晶向的压阻应变计有Δρ/ρ ≈ σL Y eL，则得到：

P = (ΔR/R)/(ΔL/L) ≈ (Δρ/ρ)/e ≈ Y σL

其中的σL是纵向（沿着[110]晶向）的压阻系数，Y是杨氏d性模量。

在一定应变下，电阻的变化越大，应变计的灵敏度也就越高，因此可把单位应变时的DR/R定义为应变灵敏度G，即有：

G = (ΔR/R)/e = 1+2n+P

量规因子P越大，压阻应变计的灵敏度就越高。对于p型Si[110]压阻应变计，因为σL≈72×10-11Pa-1，Y≈170GPa，则得到P≈122；而对于金属的压阻应变计，则量规因子很小，只有P≈1.7。因此见到，半导体压阻应变计的灵敏度要远高于金属应变计。

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