所謂壓阻效應，是指當半導體受到應力作用時，由於應力引起能帶的變化，能谷的能量移動，使其電阻率發生變化的現象。它是C.S史密斯在1954年對矽和鍺的電阻率與應力變化特性測試中發現的。半導體壓阻感測器已經廣泛地套用於航空、化工、航海、動力和醫療等部門。
基本介紹
- 中文名：壓阻效應
- 外文名：piezoresistive effect
- 單位：壓阻係數：π
- 屬性：概念
定義,優點,各向異性,測量壓阻效應,
定義
壓阻效應的強弱可以用壓阻係數π來表征。壓阻係數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型矽時，沿（100）方向加應力，並沿此方向通電流的壓阻係數π11=102.2×10-11m2/N；而沿（100）方向施加應力，再沿（010）方向通電流時，其壓阻係數π12=53.7×10-11m2/N。此外，不同半導體材料的壓阻係數也不同，如在與上述N型矽相同條件下測出N型鍺的壓阻係數分別為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矽梁根部集成壓阻橋（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）產生力作用於矽樑上，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。該電壓輸出值表征了物體的加速度。
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，其回響頻率為103～105Hz。
各向異性
壓阻效應是各向異性的，要用壓阻張量π(來描述,它與電阻率變數張量δ ρ(二價張量)和應力張量k(二階張量)有如下關係（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、矽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。
圖1
圖2
圖1圖2測量壓阻效應
通常有兩類簡單加應力的方法：①流體靜壓強效應。這時不改變晶體對稱性，並可加很大的壓強。鍺、矽的電阻率都隨壓強增大而變大。②切應力效應。利用單軸拉伸或壓縮，這時會改變晶體對稱性。壓阻係數Δ ρ/ ρk，與外力方向、電流方向及晶體結構有關。
