Интегральный высокочувствительный элемент преобразователя давления на основе вертикального биполярного транзистора

Полезная модель относится к области измерительной техники и автоматики и может быть использована в малогабаритных преобразователях давления в электрический сигнал.
+
+
+
Известен интегральный высокочувствительный элемент преобразователя давления на основе биполярного транзистора, состоящий из оборотной механической стороны с утолщённой частью, утоненной частью и тремя жесткими центрами, сформированными путем глубокого анизотропного травления, границы между утолщённой частью, утоненной частью и тремя жесткими центрами мембраны являются местами концентрации механических напряжений, где первый и второй тензорезистор расположены вдоль границы концентрации механических напряжений между утолщенной частью и первым жестким центром мембраны; третий и четвертый тензорезистор расположены вдоль границы концентрации механических напряжений между первым и вторым жестким центром мембраны; пятый и шестой тензорезистор расположены вдоль границы концентрации механических напряжений между вторым и третьим жестким центром мембраны; седьмой и восьмой тензорезистор расположены вдоль границы концентрации механических напряжений между третьим жестким центром и утолщенной частью мембраны, а также биполярные транзисторы с горизонтальной структурой p-n-p-типа расположены на утолщенной части мембраны; и лицевой стороны, покрытой слоем изоляции из диоксида кремния, сформированы по планарной технологии в эпитаксиальной слое n-типа проводимости на подложке p-типа проводимости два биполярных транзистора с горизонтальной структурой p-n-p-типа проводимости, изолированные друг от друга разделительными областями из кремния p-типа проводимости, и восемь тензорезисторов p-типа проводимости, объединенные алюминиевыми металлизированными дорожками с присоединенными к ним алюминиевыми металлизированными контактными площадками, которые служат для ввода и вывода электрического сигнала, и перемычками p-типа проводимости, образуют схему дифференциального каскада с отрицательной обратной связью. Патент РФ на полезную модель № 187760, МПК G01L 9/0004, 18.03.2019. Данное решение принято в качестве прототипа.
Недостатком прототипа является низкая выходная чувствительность чувствительного элемента. Конструкция чувствительного элемента преобразователя давления имеет относительно малую выходную чувствительность поскольку на биполярном транзисторе с горизонтальной структурой p-n-p-типа получен низкий коэффициент усиления по току.
Техническим результатом полезной модели является увеличение выходной чувствительности чувствительного элемента.
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
Технический результат достигается тем, что интегральный высокочувствительный элемент преобразователя давления на основе вертикального биполярного транзистора, имеющий лицевую и оборотную механическую стороны, где на оборотной механической стороне чувствительного элемента сформирована травлением квадратная кремниевая мембрана, которая состоит из утолщённой части, утоненной части и трёх жестких центров, границы между которыми являются местами концентрации механических напряжений, толщина утоненной части квадратной кремниевой мембраны составляет от 20 мкм до половины толщины чувствительного элемента, где первый и второй тензорезисторы расположены вдоль границы концентрации механических напряжений между утолщенной частью и первым жестким центром мембраны; третий и четвертый тензорезисторы расположены вдоль границы концентрации механических напряжений между первым и вторым жесткими центрами мембраны; пятый и шестой тензорезисторы расположены вдоль границы концентрации механических напряжений между вторым и третьим жесткими центрами мембраны; седьмой и восьмой тензорезисторы расположены вдоль границы концентрации механических напряжений между третьим жестким центром и утолщенной частью мембраны, а также два одинаковых биполярных транзистора, расположенных на утолщенной части мембраны; и на лицевой стороне, покрытой слоем изоляции из диоксида кремния, сформированы по планарной технологии в эпитаксиальной слое n-типа проводимости на подложке p-типа проводимости два вышеуказанных одинаковых биполярных транзистора, изолированные друг от друга разделительными областями из кремния p-типа проводимости, и восемь вышеуказанных тензорезисторов p-типа проводимости, где номинал и геометрия фигур одинаковы между собой и попарно отличаются для первого и пятого тензорезистора, второго и шестого тензорезистора, третьего и седьмого тензорезистора, четвертого и восьмого тензорезистора соответственно, два вышеуказанных  одинаковых биполярных транзистора, выполнены с вертикальной структурой n-p-n-типа проводимости и имеют значение коэффициента усиления по току выше, чем у биполярного транзистора с горизонтальной структурой p-n-p-типа проводимости, и восемь вышеуказанных тензорезисторов p-типа проводимости с номинальными значениями сопротивления, рассчитанными относительно коэффициентов усиления по току биполярных транзисторов с вертикальной структурой n-p-n-типа проводимости для увеличения выходной чувствительности чувствительного элемента, объединенные алюминиевыми металлизированными дорожками с присоединенными к ним алюминиевыми металлизированными контактными площадками, которые служат для ввода и вывода электрического сигнала, и перемычками p-типа проводимости, образуют схему, где базовая область p-типа проводимости первого транзистора соединяется с базовой областью p-типа проводимости второго транзистора последовательно алюминиевой металлизированной дорожкой от базовой области p-типа проводимости первого транзистора, вторым тензорезистором, алюминиевой металлизированной дорожкой между первой перемычкой p-типа проводимости и вторым тензорезистором, первой перемычкой p-типа проводимости, алюминиевой металлизированной дорожкой между первой и третьей перемычкой p-типа проводимости, третьей перемычкой p-типа проводимости, алюминиевой металлизированной дорожкой между третьей перемычкой p-типа проводимости и шестым тензорезистором, шестым тензорезистором, алюминиевой металлизированной дорожкой от базовой области p-типа проводимости второго транзистора; а также алюминиевой металлизированной дорожкой от базовой области p-типа проводимости первого транзистора, третьим тензорезистором, алюминиевой металлизированной дорожкой между третьим и седьмым тензорезистором, седьмым тензорезистором, алюминиевой металлизированной дорожкой от базовой области p-типа проводимости второго транзистора; коллекторная область n-типа проводимости первого транзистора соединяется с коллекторной областью n-типа проводимости второго транзистора последовательно алюминиевой металлизированной дорожкой от коллекторной области n-типа проводимости первого транзистора, первым тензорезистором, алюминиевой металлизированной дорожкой между первым и пятым тензорезистором, пятым тензорезистором, алюминиевой металлизированной дорожкой от коллекторной области n-типа проводимости второго транзистора; эмиттерная область n-типа проводимости первого транзистора соединяется с эмиттерной областью n-типа проводимости второго транзистора последовательно алюминиевой металлизированной дорожкой от эмиттерной области n-типа проводимости первого транзистора, четвертым тензорезистором, алюминиевой металлизированной дорожкой между второй перемычкой p-типа проводимости и четвертым тензорезистором, второй перемычкой p-типа проводимости, алюминиевой металлизированной дорожкой между второй и четвертой перемычкой p-типа проводимости, четвертой перемычкой p-типа проводимости, алюминиевой металлизированной дорожкой между четвертой перемычкой p-типа проводимости и восьмым тензорезистором, восьмым тензорезистором, алюминиевой металлизированной дорожкой от эмиттерной области n-типа проводимости второго транзистора; при этом алюминиевая металлизированная дорожка между первой и третьей перемычкой p-типа проводимости соединяется с алюминиевой металлизированной дорожкой между второй и четвертой перемычкой p-типа проводимости, а также алюминиевая металлизированная дорожка между первым и пятым тензорезистором соединяется с алюминиевой металлизированной дорожкой между третьим и седьмым тензорезистором.
Сущность полезной модели поясняется чертежами фиг. 1–7.
На фиг. 1 представлена топология лицевой стороны чувствительного элемента.
На фиг. 2 представлена топология квадратной кремниевой мембраны на оборотной механической стороне.
На фиг. 3 представлена электрическая измерительная схема чувствительного элемента.
На фиг. 4 представлена увеличенная область топологии.
На фиг. 5 представлена структура p-n переходов чувствительного элемента (разрез А-А на фиг.1).
На фиг. 6 представлена структура p-n переходов чувствительного элемента (разрез Б-Б на фиг.1).
На фиг. 7 представлен график зависимости чувствительности от коэффициента усиления по току биполярного транзистора, полученный в ходе анализа математической модели.
Цифрами на чертежах обозначены:
1 – базовая область p-типа первого вертикального транзистора;
+
2 – коллекторная область n-типа первого вертикального транзистора;
+
3 – эмиттерная область n-типа первого вертикального транзистора;
4 – базовая область p-типа второго вертикального транзистора;
+
5 – коллекторная область n-типа второго вертикального транзистора;
+
6 – эмиттерная область n-типа второго вертикального транзистора;
7 – первый тензорезистор p-типа, который присоединен к коллекторной области первого вертикального транзистора;
8 – второй тензорезистор p-типа, который присоединен к базовой области первого вертикального транзистора;
9 – третий тензорезистор p-типа, который присоединен к базовой области первого вертикального транзистора;
10 – четвертый тензорезистор p-типа, который присоединен к эмиттерной области первого вертикального транзистора;
11 – пятый тензорезистор p-типа, который присоединен к коллекторной области второго вертикального транзистора;
12 – шестой тензорезистор p-типа, который присоединен к базовой области второго вертикального транзистора;
13 – седьмой тензорезистор p-типа, который присоединен к базовой области второго вертикального транзистора;
14 – восьмой тензорезистор p-типа, который присоединен к эмиттерной области второго вертикального транзистора;
+
15.1, 15.2, 15.3, 15.4 – первая, вторая, третья и четвертая перемычка p-типа;
16.1, 16.2, 16.3, 16.4, 16.5, 16.6, 16.7, 16.8, 16.9, 16.10, 16.11, 16.12, 16.13, 16.14 – алюминиевые металлизированные дорожки;
17.1, 17.2, 17.3, 17.4 - алюминиевые металлизированные контактные площадки;
18 – квадратная кремниевая мембрана;
19 – утолщенная часть мембраны;
20 – утоненная часть мембраны;
21.1, 21.2, 21.3 – первый, второй и третий жесткий центр мембраны;
22 – эпитаксиальный слой n-типа;
+
23 – кремниевая подложка p-типа;
+
24.1, 24.2 – разделительная область p-типа;
25 - слой изоляции из диоксида кремния;
26 – первый вертикальный транзистор n-p-n-типа проводимости;
27 – второй вертикальный транзистор n-p-n-типа проводимости.
+
+
Интегральный элемент – это совокупность электрически связанных компонентов, изготовленных в едином технологическом процессе на единой полупроводниковой подложке, т.е. элемент выполнен по планарной технологии. Интегральный высокочувствительный элемент преобразователя давления на основе вертикального биполярного транзистора n-p-n-типа проводимости сформирован на кристалле, имеющем эпитаксиальный слой 22 n-типа проводимости и подложку 23 p-типа проводимости, и состоит из лицевой стороны, покрытой слоем изоляции 25 из диоксида кремния, отделяющий первый и второй вертикальный биполярный транзистор 26, 27 n-p-n-типа разделительными областями 24.1, 24.2 p-типа в эпитаксиальном слое 22 n-типа друг от друга и от внешней среды, и оборотной механической стороны. На оборотной механической стороне чувствительного элемента находится квадратная кремниевая мембрана 18, состоящая из утолщённой части 19, утоненной части 20 и трёх жестких центров 21.1, 21.2, 21.3. Места соединения элементов мембраны 18 образуют места концентрации механических напряжений. Геометрические размеры элементов мембраны 18 могут быть любыми.
Квадратная кремниевая мембрана 18 с тремя жесткими центрами 21.1, 21.2, 21.3 создается анизотропным травлением; жесткие центры 21.1, 21.2, 21.3 мембраны 18 могут иметь как прямоугольное, так и другое сечение. Исходя из экспериментальных результатов, толщина утоненной части 20 квадратной кремниевой мембраны 18 в зависимости от номинального преобразуемого давления может варьироваться от 20 мкм до значения, равного половине толщины чувствительного элемента. Чем выше номинальное преобразуемое давление, тем должна быть толще утоненная часть 20 мембраны 18. Изготовление утоненной части 20 мембраны 18 толщиной менее 20 мкм приводит к ее разрушению, а при изготовлении очень толстой утоненной части 20 мембраны 18 существенно падает чувствительность преобразователя.
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
Устройство содержит на лицевой стороне чувствительного элемента, покрытой слоем изоляции 25 из диоксида кремния, сформированы по планарной технологии в эпитаксиальном слое 22 n-типа проводимости на подложке 23 p-типа проводимости два одинаковые вертикальных транзистора 26, 27 n-p-n-типа проводимости и восемь тензорезисторов 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14 p-типа проводимости, объединенные алюминиевыми металлизированными дорожками 16.1, 16.2, 16.3, 16.4, 16.5, 16.6, 16.7, 16.8, 16.9, 16.10, 16.11, 16.12, 16.13, 16.14 с алюминиевыми металлизированными контактными площадками 17.1, 17.2, 17.3, 17.4 и четырьмя перемычками 15.1, 15.2, 15.3, 15.4 p-типа в схему, где базовая область 1 p-типа проводимости первого транзистора 26 соединяется с базовой областью 4 p-типа проводимости второго транзистора 27 последовательно алюминиевой металлизированной дорожкой 16.2 от базовой области 1 p-типа проводимости первого транзистора 26, вторым тензорезистором 8, алюминиевой металлизированной дорожкой 16.8 между первой перемычкой 15.1 p-типа проводимости и вторым тензорезистором 8, первой перемычкой 15.1 p-типа проводимости, алюминиевой металлизированной дорожкой 16.9 между первой 15.1 и третьей перемычкой 15.3 p-типа проводимости, третьей перемычкой 15.3 p-типа проводимости, алюминиевой металлизированной дорожкой 16.12 между третьей перемычкой 15.3 p-типа проводимости и шестым тензорезистором 12, шестым тензорезистором 12, алюминиевой металлизированной дорожкой 16.5 от базовой области 4 p-типа проводимости второго транзистора 27; а также алюминиевой металлизированной дорожкой 16.2 от базовой области 1 p-типа проводимости первого транзистора 26, третьим тензорезистором 9, алюминиевой металлизированной дорожкой 16.11 между третьим 9 и седьмым тензорезистором 13, седьмым тензорезистором 13, алюминиевой металлизированной дорожкой 16.5 от базовой области 4 p-типа проводимости второго транзистора 27; коллекторная область 2 n-типа проводимости первого транзистора 26 соединяется с коллекторной областью 5 n-типа проводимости второго транзистора 27 последовательно алюминиевой металлизированной дорожкой 16.1 от коллекторной области 2 n-типа проводимости первого транзистора 26, первым тензорезистором 7, алюминиевой металлизированной дорожкой 16.7 между первым 7 и пятым тензорезистором 11, пятым тензорезистором 11, алюминиевой металлизированной дорожкой 16.4 от коллекторной области 5 n-типа проводимости второго транзистора 27; эмиттерная область 3 n-типа проводимости первого транзистора 26 соединяется с эмиттерной областью 6 n-типа проводимости второго транзистора 27 последовательно алюминиевой металлизированной дорожкой 16.3 от эмиттерной области 3 n-типа проводимости первого транзистора 26, четвертым тензорезистором 10, алюминиевой металлизированной дорожкой 16.10 между второй перемычкой 15.2 p-типа проводимости и четвертым тензорезистором 10, второй перемычкой 15.2 p-типа проводимости, алюминиевой металлизированной дорожкой 16.13 между второй 15.2 и четвертой перемычкой 15.4 p-типа проводимости, четвертой перемычкой 15.4 p-типа проводимости, алюминиевой металлизированной дорожкой 16.14 между четвертой перемычкой 15.4 p-типа проводимости и восьмым тензорезистором 14, восьмым тензорезистором 14, алюминиевой металлизированной дорожкой 16.6 от эмиттерной области 6 n-типа проводимости второго транзистора 27; при этом алюминиевая металлизированная дорожка 16.9 между первой 15.1 и третьей перемычкой 15.3 p-типа проводимости соединяется с алюминиевой металлизированной дорожкой 16.13 между второй 15.2 и четвертой перемычкой 15.4 p-типа проводимости, а также алюминиевая металлизированная дорожка 16.7 между первым 7 и пятым тензорезистором 11 соединяется с алюминиевой металлизированной дорожкой 16.11 между третьим 9 и седьмым тензорезистором 13; или в схему, где имеется два вертикальных биполярных транзистора 26, 27 n-p-n-типа проводимости, коллекторные области 2 и 5 которых соединены алюминиевыми металлизированными дорожками 16 с первым 7 и пятым тензорезисторами 11, базовые области 1 и 4 соединены алюминиевыми металлизированными дорожками 16 и перемычками 15 p-типа проводимости со вторым 8 и шестым тензорезисторами 12, а также базовые области 1 и 4 соединены алюминиевыми металлизированными дорожками 16 с третьим 9 и седьмым тензорезисторами 13, и эмиттерные области 3 и 6 соединены алюминиевыми металлизированными дорожками 16 и перемычками 15 p-типа проводимости с четвертым 10 и восьмым тензорезисторами 14 между собой. Указанный выше способ соединения наглядно представлен схематично на фиг. 1, 3, 4. Для ввода и вывода электрического сигнала схемы служат алюминиевые металлизированные контактные площадки 17.1, 17.2, 17.3 и 17.4. Транзисторы изолированы друг от друга разделительными областями 24.1, 24.2, сформированными из кремния p-типа проводимости в эпитаксиальной области 22 n-типа. Первый 26 и второй вертикальный биполярный транзистор 27 n-p-n-типа проводимости расположены на утолщенной части 19 квадратной кремниевой мембраны 18, как представлено схематично на фиг. 6, первый тензорезистор 7, присоединенный к коллекторной области 2 первого транзистора 26, и второй тензорезистор 8, присоединенный к базовой области 1 первого транзистора 26, были расположены вдоль границы концентрации механических напряжений между утолщенной частью 19 и первым жестким центром 21.1 квадратной кремниевой мембраны 18; третий тензорезистор 9, присоединенный к базовой области 1 первого транзистора 26, и четвертый тензорезистор 10, присоединенный к эмиттерной области 3 первого транзистора 26, были расположены вдоль границы концентрации механических напряжений между первым 21.1 и вторым жестким центром 21.2 квадратной кремниевой мембраны 18; пятый тензорезистор 11, присоединенный к коллекторной области 5 второго транзистора 27, и шестой тензорезистор 12, присоединенный к базовой области 4 второго транзистора 27, были расположены вдоль границы концентрации механических напряжений между вторым 21.2 и третьим жестким центром 21.3 квадратной кремниевой мембраны 18; седьмой тензорезистор 13, присоединенный к базовой области 4 второго транзистора 27, и восьмой тензорезистор 14, присоединенный к эмиттерной области 6 второго транзистора 27, были расположены вдоль границы концентрации механических напряжений между третьим жестким центром 21.3 и утолщенной частью 19 квадратной кремниевой мембраны 18, где первый 21.1, второй 21.2 и третий жесткий центр 21.3 квадратной кремниевой мембраны 18, как представлено схематично на фиг. 5; имеющие одинаковые прямоугольные формы могут быть любых геометрических размеров с соотношением сторон 2:3, где большая сторона соосна большей стороне тензорезисторов 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, расположенные симметрично относительно направляющих соосных граням чувствительного элемента и проходящих через геометрический центр чувствительного элемента и имеющие на утоненной части 20 квадратной кремниевой мембраны 18 равные расстояния между утолщенной частью 19 и первым жестким центром 21.1 квадратной кремниевой мембраны 18, между первым 21.1 и втором жестким центром 21.2 квадратной кремниевой мембраны 18, вторым 21.2 и третьим жестким центром 21.3 квадратной кремниевой мембраны 18, и третьим жестким центром 21.3 и утолщенной частью 19 квадратной кремниевой мембраны 18. Первый 21.1, второй 21.2 и третий жесткий центр 21.3, а также утолщенная часть 19 квадратной кремниевой мембраны 18, грани пересечения которых с утоненной частью 20 квадратной кремниевой мембраны 18, расположенные параллельно, образуют области механических напряжений, как представлено схематично на фиг. 2.
Устройство работает следующим образом.
+
+
+
При подаче измеряемого давления на чувствительный элемент происходит воздействие на мембрану 18, которая, изгибаясь, деформирует тензорезисторы 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14 р-типа проводимости, расположенные на лицевой стороне чувствительного элемента, сформированные в эпитаксиальной области 22 n-типа проводимости на подложке 23 p-типа проводимости и покрытые слоем изоляции 25 из диоксида кремния. При этом тензорезисторах 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14 возникает тензоэффект, то есть в тензорезисторах 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14 изменяется сопротивление, и, соответственно, увеличивается разбаланс измерительной схемы, в которую объединены вертикальные биполярные транзисторы 26, 27 n-p-n-типа проводимости, расположенные на утолщенной части 19 квадратной кремниевой мембраны 18 и изолированные разделительной областью 24.1, 24.2 p-типа проводимости, и тензорезисторы 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, алюминиевые металлизированные дорожки 16.1, 16.2, 16.3, 16.4, 16.5, 16.6, 16.7, 16.8, 16.9, 16.10, 16.11, 16.12, 16.13, 16.14 и перемычки 15.1, 15.2, 15.3, 15.4 p-типа. Измерительная схема имеет один контакт для напряжения питания, подаваемое на алюминиевую металлизированную контактную площадку 17.3, и контакт для подачи потенциала земли на алюминиевой металлизированной контактной площадке 17.4. Величина разбаланса выходного сигнала измерительной схемы чувствительного элемента подаче измеряемого давления на чувствительный элемент есть разница между электрическими потенциалами на алюминиевых металлизированных контактных площадках 17.1 и 17.2.
Для увеличения чувствительности чувствительного элемента сопротивления тензорезисторов 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14 должны иметь определенные номинальные значения, при этом номинальное значение сопротивление первого тензорезистора 7 равно номинальному значению сопротивления пятого тензорезистора 11, номинальное значение сопротивление второго тензорезистора 8 равно номинальному значению сопротивления шестого тензорезистора 12, номинальное значение сопротивление третьего тензорезистора 9 равно номинальному значению сопротивления седьмого тензорезистора 13, номинальное значение сопротивление четвертого тензорезистора 10 равно номинальному значению сопротивления восьмого тензорезистора 14, аналитический расчет которых проводится с помощью цепочки формул:
7,11
8,12
9,13
10,14
26,27
пит
0
7,11
10,14
БК
БЭ
где γ - коэффициент, определяющий балансное соотношение между способностью электрической схемы увеличить выходную чувствительность и снизить температурную зависимость выходного сигнала чувствительного элемента; R – номинальное значение сопротивления первого 7 и пятого тензорезистора 11; R – номинальное значение сопротивления второго 8 и шестого тензорезистора 12; R– номинальное значение сопротивления третьего 9 и седьмого тензорезистора 13; R – номинальное значение сопротивления четвертого 10 и восьмого тензорезистора 14; β– одинаковое номинальное значение коэффициента усиления по току для первого 26 и второго транзистора 27 n-p-n-типа проводимости с вертикальной структурой; U – номинальное значение напряжения питания электрической схемы чувствительного элемента; U – номинальное значение напряжения выходного сигнала электрической схемы чувствительного элемента; I– одинаковое номинальное значение тока для первого 7 и пятого тензорезистора 11; I– одинаковое номинальное значение тока для четвертого 10 и восьмого тензорезистора 14; U – одинаковое номинальное значение напряжения между базовой областью 1 первого транзистора 26 и коллекторной областью 2 первого транзистора 26, а также базовой областью 4 второго транзистора 27 и коллекторной областью 5 второго транзистора 27; U – одинаковое номинальное значение напряжения между базовой областью 1 первого транзистора 26 и эмиттерной областью 3 первого транзистора 26, а также базовой областью 4 второго транзистора 27 и эмиттерной областью 6 второго транзистора 27.
26,27
Б
БК
26,27
26,27
Номинальные значения тензорезисторов 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14 рассчитаны относительно высокого коэффициента усиления по току биполярного транзистора, которое достижимо при использовании вертикальной структуры с n-p-n-типом проводимости. Среднее значение коэффициента усиления по току для первого 26 и второго биполярного транзистора 27 равно β= 150 при токе базы 1 первого биполярного транзистора 26 и токе базы 4 второго биполярного транзистора 27 I = 5 мкА и напряжении между базовой областью 1 первого транзистора 26 и коллекторной областью 2 первого транзистора 26 U = 1,85 В. Увеличение чувствительности чувствительного элемента при использовании в первого 26 и второго биполярного транзистора 27 n-p-n-типа проводимости с высоким коэффициентом усиления по току β= 150 наглядно представлено на фиг. 7. Из фиг. 7 видно, что чувствительность по определенной зависимости увеличивается в диапазоне коэффициента усиления по току βот показаний значения пять, как было получено у прототипа с горизонтальной структурой p-n-p-типа проводимости, до ста пятидесяти. Моделируемые значения, представленные на фиг. 7, были подтверждены экспериментально с 10% погрешностью относительно исследуемых образцов. Номинальные значения тензорезисторов 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, рассчитанные относительно высокого коэффициента усиления по току биполярного транзистора, достигаются благодаря выбору геометрии фигуры резисторов 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14 при использовании единого уровня легирования областей на чувствительном элементе. Для технологической реализации тензорезисторов 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14 с помощью использования единого уровня легирования областей на чувствительном элементе с определенными номинальными значениями сопротивлений геометрия фигуры первого 7 тензорезистора должна быть одинаковой с геометрий фигуры пятого 11 тензорезистора, геометрия фигуры второго 8 тензорезистора должна быть одинаковой с геометрий фигуры шестого 12 тензорезистора, геометрия фигуры третьего 9 тензорезистора должна быть одинаковой с геометрий фигуры седьмого 13 тензорезистора и геометрия фигуры четвертого 10 тензорезистора должна быть одинаковой с геометрий фигуры восьмого 14 тензорезистора, при этом попарно геометрия фигуры первого 7 и пятого тензорезистора 11, геометрия фигуры второго 8 и шестого тензорезистора 12, геометрия фигуры третьего 9 и седьмого тензорезистора 13, геометрия фигуры четвертого 10 и восьмого тензорезистора 14 отличаются друг от друга, т.к. для достижения требуемого технологической реализации тензорезисторов 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14 с помощью использования единого уровня легирования областей на чувствительном элементе геометрия тензорезисторов 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14 характеризует значения требуемых номинальных значений сопротивлений.
Величина разбаланса выходного сигнала измерительной схемы чувствительного элемента при наличии и отсутствии подаваемого давления со стороны мембраны изменяется благодаря разнице тензочувствительности первого тензорезистора 7, присоединенного к коллекторной области 2 первого транзистора 26, и второго тензорезистора 8, присоединенного к базовой области 1 первого транзистора 26, расположенных вдоль границы концентрации механических напряжений сжатия между утолщенной частью 19 и первым жестким центром 21.1 квадратной кремниевой мембраны 18; седьмого тензорезистора 13, присоединенного к базовой области 4 второго транзистора 27, и восьмого тензорезистора 14, присоединенного к эмиттерной области 6 второго транзистора 27, расположенных вдоль границы концентрации механических напряжений сжатия между третьим жестким центром 21.3 и утолщенной частью 19 квадратной кремниевой мембраны 18; и тензочувствительности третьего тензорезистора 9, присоединенного к базовой области 1 первого транзистора 26, и четвертого тензорезистора 10, присоединенного к эмиттерной области 3 первого транзистора 26, расположенных вдоль границы концентрации механических напряжений растяжения между первым 21.1 и вторым жестким центром 21.2 квадратной кремниевой мембраны 18; пятого тензорезистора 11, присоединенного к коллекторной области 5 второго транзистора 27, и шестого тензорезистора 12, присоединенного к базовой области 4 второго транзистора 27, расположенных вдоль границы концентрации механических напряжений растяжения между вторым 21.2 и третьим жестким центром 21.3 квадратной кремниевой мембраны 18. При подаче давления со стороны мембраны 18 происходит увеличение сопротивления первого 7, второго 8, седьмого 13 и восьмого тензорезистора 14, а также уменьшение сопротивления третьего 9, четвертого 10, пятого 11 и шестого тензорезистора 12, расположенных на утоненной части 20 квадратной кремниевой мембраны 18, что в совокупности понижает электрический потенциал на алюминиевой металлизированной контактной площадке 17.1 и повышает электрический потенциал на алюминиевой металлизированной контактной площадке 17.2. Величина разбаланса выходного сигнала измерительной схемы чувствительного элемента при наличии и отсутствии подаваемого давления есть разница между электрическими потенциалами на алюминиевых металлизированных контактных площадках 17.1 и 17.2.
Таким образом, достигается указанный технический результат, а именно увеличение выходной чувствительности чувствительного элемента.