Ingezonden persbericht
Piëzo
24 september 2001 | 10.30 uur
Hr. F. Fruett | Mestre em Engenharia Eléctrica U-Estual de Campinas Brazilië
Promotor | prof.dr.ir. A.H.M. van Roermond (fac. ITS)
Toeg. prom. | dr.ir G.C.M. Meijer (UHD-fac. ITS)
The piezojunction effect in silicon, consequences and applications for
integratedcircuits and sensors
In zijn proefschrift beschrijft Fruett een onderzoek naar het
piëzojunctie-effect in silicium. Het doel van dit onderzoek is tweeledig:
Ten eerste, om technieken te vinden, waarmee het effect van mechanische
spanningen op de nauwkeurigheid en lange-termijn stabiliteit van veel
analoge schakeling, zoals bandgapreferenties en monolithische
temperatuursensoren, kan worden verminderd. Ten tweede, om het
piëzojunctie-effect te benutten voor nieuwe mechanische sensoren. Het
piëzojunctie-effect is het fenomeen dat een mechanische spanning een
verandering van de verzadigingsstroom van een bipolaire transistor
veroorzaakt. Dit is een gevolg van een verandering van de geleidbaarheid van
de minderheidsladingsdragers. Het piëzojunctie-effect kan worden
gemodelleerd met een polynomische benadering, gebruikmakend van een aantal
experimenteel bepaalde constanten, die piëzojunctie-coëfficiënten worden
genoemd. De grootte van de piëzojunctie-effect hangt af van de oriëntatie
van de mechanische spanningen, de richting van de stroom ter opzichte van de
as van het kristal. Uit de onderzoeksresultaten blijft, dat het
piëzojunctie-effect nauwelijks afhangt van de stroomdichtheid; tenminste
zolang de transistor niet in het high-levelgebied wordt gebruikt. Als gevolg
daarvan is de PTAT spanning VPTAT veel minder afhankelijk van mechanische
spanning dan de basisemitterspanning VBE. Het proefschrift van de Delftse
promovendus laat zien hoe kennis op componentniveau kan worden gebruikt om
de negatieve invloed van de piëzo-effecten op het gedrag van circuits te
verminderen. Dit wordt gedemonstreerd voor een aantal belangrijke
basisschakelingen, waaronder translineaire circuits,
temperatuurtransducenten en bandgapreferenties. Er is een nieuw
spanningsgevoelig sensorelement, gebaseerd op het gebruik van het
piëzojunctie-effect, ontwerpen en vervaardigd. Dit element is gerealiseerd
in standaard bipolaire technologie en bestaat uit een tweetal orthogonale
L-PNP transistoren. Door gebruik te maken van een stroomspiegelconfiguratie
wordt het temperatuurkruiseffect gereduceerd en het piëzojunctie-effect
vergroot. Er is aangetoond dat de lineariteit, de gevoeligheid en de
temperatuurcoëfficiënt van dit nieuwe element ongeveer gelijk zijn aan die
van elementen gebaseerd op het piëzoweerstandseffect. De goed voorspelbare
temperatuurafhankelijkheid van de basis-emitterspanning kan gebruikt worden
om de temperatuurafhankelijkheid van de sensorgevoeligheid te compenseren.
Een uiterst klein sensorelement kan worden gemaakt door de collector van een
enkele laterale transistor te "splijten" in vier gelijke delen.
Geconcludeerd wordt, dat het piëzojunction effect zich uitstekend leent voor
de vervaardiging van miniatuursensoren met een laag vermogensverbruik voor
het meten van mechanische spanningen.
Voor verder lezen:
* Frontiers in electronics from materials to systems ed. by
Y.S. Park... , 2000
* Properties of crystalline silicon ed. by R. Hull, 1999