[实用新型]一种具有低功耗或数字信号输出性能的新型敏感元件

说明书

技术领域：

本实用新型发明属于传感技术领域。尤其涉及具有低功耗或数字信号输出性能的传感器。

背景技术：

目前国内外敏感元件及其构成的各类传感器均属于模拟量输出，其功耗较大，输出幅值较小，抗干扰能力差，必须附加放大、模/数转换等辅助电路才能与数字仪表或计算机相连接，致使硬件系统复杂，可靠性降低，研制成本增加，为二次仪表制作带来了困难，限制了传感器在更广阔的领域中应用。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种具有模拟信号输出或数字信号输出性能的新型敏感元件。该敏感元件输出模拟信号时具有极低的功耗。输出数字信号时不需附加放大和数字化处理即可与数字装置或数字计算机直接连接，构成各类报警、检测与控制系统。

本实用新型的原理是基于半导体特殊的负阻效应，通过特殊的结构和特殊的工艺制造方法实现的。这种特殊结构包括N型区，P型区，上电极和下电极四层结构，其中，N型区由掺磷的N型高阻硅单晶作为衬底；P型区以铝和硼作掺杂源经扩散而形成，并从N面扩散金或铂，且扩透整个P型区从而形成一种特殊的PN结结构。上电极和下电极可采用镍、铝、金或其他金属用以形成欧姆接触。为适应不同物理量的测量要求，上电极和下电极可作成全覆盖型电极、部分覆盖型电极和圆点型电极三种型式。

本实用新型的优点是：

1.测量参数广泛，目前能制造出可直接或间接测量热、磁、光、力等物理量的敏感元件。进一步开发还可制造出能测量其他物理量的敏感元件。

2.应用电路简单而规范，为用户二次仪表研制开发带来方便。

3.即可模拟信号输出也可数字信号输出。特别是不需要放大和模/数转换就可以与计算机直接连接，可降低成本。

4.体积小、工作电压宽、工作电流小、输出幅度大、动态响应快、抗干扰能力强、可进行非接触测量，特别适合研制微型、便携式和本质安全型仪器仪表和机电一体化产品。

附图说明：

图1.上、下电极双面为全覆盖型电极的元件结构示意图。

图2.上、下电极一面为全覆盖型电极，另一面为部分覆盖型电极的元件结构示意图。

图3.上、下电极一面为全覆盖型电极，另一面为圆点型电极的元件结构示意图。

具体实施方式：

(1)该敏感元件在半导体结构上包括N型区，P型区，上电极和下电极四层结构，其中，N型区1由掺磷的N型高阻硅单晶作为衬底；P型区2以铝和硼作掺杂源经扩散而形成，并从N面扩散金或铂，且扩透整个P型区从而形成一种特殊的PN结结构。上电极3和下电极4可采用镍、铝，或金用以形成欧姆接触。为适应不同物理量的测量要求，元件的上电极3和下电极4可双面作成全覆盖型电极结构(图1)；或元件的上电极3采用部分覆盖，下电极4采用全覆盖型电极结构，或者上电极3采用全覆盖，下电极4采用部分覆盖型电极结构(图2)；或上电极3采用全覆盖，下电4极采用圆点型电极结构，或上电极3采用圆点型电极，下电极4采用全覆盖型电极结构等三种结构形式(图3)。

(2)该敏感元件在电路应用上可采用正向偏置或反向偏置两种工作方式。采用直流电压供电时，采用不同的偏置方式可分别输出低功耗模拟信号或不同波形的数字信号(其中包括开关信号和脉冲-频率信号)。