贺德克传感器石英晶体的压力效应特性

        贺德克传感器主要用于动态作用力、压力和加速度的测量，压力传感器具有压电效应，某些晶体在外力的作用下，不仅几何尺寸发生变化,而且晶体内部产生极化现象，晶体表面出现电荷，形成电场。当外力去除后，晶体恢复原状,这种现象称压电效应。其材料需要具有压电效应的材料。将压电材料置于电场中，其几何尺寸也会发生变化，这种现象称为逆压电效应或电致伸缩效应。石英晶体的压电效应主要利用了石英晶体材料的特性，石英晶体即二氧化硅无水化合物，具有理想的线性，无滞后；频率响应范围宽，适用于动态测量；稳定性好，时间老化率低。无热释电现象；居里点高，对温度的敏感性比电阻、电感类要低得多，因此灵敏度变化极小。
 
        贺德克传感器所采用的的石英晶体效应具有较高的绝缘阻抗，其压电效应的产生的原因是因为石英晶体未受到外力作用时，晶格的形状是正六边形，正离子和负离子正好分布在正六边形的顶上，形成了三个互成120"夹角的偶极矩，由于是正六边形，正负电荷中心重合。因此电偶极矩矢量和等于0。电荷平衡，晶体表面不产生电荷，石英晶体受到沿X轴方向的压力作用，石英晶体将在X轴方向产生压缩变形,正、负离子的相对位置发生变化。
  
 贺德克压力传感器是计算机及其外部设备辅助工程设计人员进行工程和产品设计的一门技术，可以将计算机高速、精确的计算能力，力敏传感器系统开展了力敏器件结构力学分析、器件性能分析、传感器工艺模拟、传感器版图设计、传
感器波纹膜片分析设计、传感器结构实体建模及工程图纸绘制等工作。工作原理是：半导体单晶硅受压力作用时,电阻率要发生变化，这个现象称为压阻效应。利用硅的压阻效应，通过半导体平面工艺，沿一定晶向, 在硅片的一定位置上注入杂质，形成4个敏感电阻，连接成惠斯通电桥，将硅片加工成特定形状的膜片，就做成了扩散硅压力传感器的芯片。该芯片经与底座装配、焊接、充灌硅油等工艺成为压力传感器。
 
        贺德克压力传感器是利用压力作用于波纹膜片上，经过硅油传递到感压电阻，由感压电阻组成的电桥转换为电信号输出。整个信号转换过程是根据传感器的工作原理，传感器的辅助设计主要分为：力敏器件平面工艺设计；力敏器件结构设计包括结构的分析设计，性能的模拟计算，压阻系数计算，版图设计。传感器结构设计包括外部结构的设计,波纹膜片的分析设计。平面工艺是根据半导体技术的理论，将半导体工艺的物理模型用语言建立起模型，再利用计算机进行数值计算，使传感器芯片平面工艺流程的实验过程移植到计算机上进行，通过对工艺参数仿真计算，优化设计，实现传感器芯片平面工艺技术。