WorldodTech

Введение

Анализ основных тенденций развития датчиковой аппаратуры

В настоящее время в России и за рубежом создан широкий спектр датчиков физических величин, основанных на различных эффектах.

По мере того, как растет применение электроники, все большее значение приобретают датчики, которые играют роль посредников между окружающим нас аналоговым миром и цифровыми системами обработки информации о признаках этого мира. Поэтому неудивительно, что изготовитель датчиков, стараясь расширить возможности своих устройств, обращаются к технологии интегральных схем, т.е. к созданию полупроводниковых (ПП) (микроэлектронных) датчиков, которые со встроенными функциональными элементами становятся все более похожими на интегральные микросхемы.

Микроэлектронные датчики (МЭД), объединяющие датчики полупроводниковые и на основе материалов, используемых в микроэлектронике, бесспорно, представляют одно из самых перспективных направлений развития этого класса изделий, поскольку позволяют реализовать новейшие достижения в области строительной технологии.

Можно предположить, что ПП датчики будут развиваться по трем направлениям: дальнейшее повышение уровня интеграции и распространение интегральной технологии; комбинирование нескольких датчиков в одном корпусе (на одном кристалле); «интеллектуализация» датчика.

Основным технологическим материалом для изготовления МЭД в настоящее время остается кремний. Хотя известны работы по созданию датчиков на арсениде галлия, сегнетоэлектриках, высокотемпературных сверхпроводниках и др.

В то же время, возможности кремния далеко не исчерпаны, а воспроизводимость результатов на его основе пока не имеет себе равных. На основе кремниевых технологий, реализующих свойства полупроводников с собственной проводимостью, возможно воспроизведение тензоэлектрических, пьезоэлектрических, резистивных, терморезистивных, термоэлектрических, емкостных, индукционных и других физических эффектов.

Кремний доминирует в качестве материала для МЭД, поскольку обеспечивает высокую стабильность и незначительный дрейф характеристик, в том числе вследствие высокой упругости. Кремний отличают хорошие пьезоэлектрические свойства, высокая чувствительность к изменению характеристик внешних воздействующих факторов, включая температуру, влагу, радиацию, давление.

Важнейшее значение имеет и тот факт, что чувствительные элементы на кремнии хорошо согласуются и могут быть интегрированы в МЭД совместно с устройством усиления и нормирования сигналов, подавления шумов и помех, компенсации погрешностей и дрейфов. Это позволяет рассматривать МЭД, как элементы электронной техники, обладающие унифицированными и нормируемыми характеристиками.

Основными разновидностями таких датчиков являются преобразователи на основе полупроводников с собственной проводимостью и датчики, изготовленные по тонко- и толстопленочной технологии, причем оба типа могут использовать самые различные физические эффекты: тензо - и пьезоэлектрические и резистивные, терморезистивные и термоэлектрические и др. Тонкопленочные датчики позволяют создавать миниатюрные преобразователи площадью всего несколько квадратных сантиметров и толщиной — единицы миллиметров, с расстояниями между токоведущими дорожками - 0,1 .1 мм. Создание таких датчиков стало возможным за счет применения керамических подложек и стеклообразного спекания слоев, поэтому такие датчики обладают высокой прочностью и стойкостью к воздействию агрессивных сред, небольшими массогабаритными характеристиками и стоимостью. Такой датчик может работать в диапазоне давления от единиц до сотен МПа и температуры - 60 .400°С.