Полупроводниковые датчики давления можно разделить на две категории, одна из которых основана на том принципе, что I-υ характеристики полупроводникового PN-перехода (или перехода Шоттки) изменяются под нагрузкой. Характеристики этого чувствительного к давлению элемента очень нестабильны и не получили значительного развития. Другой — датчик на основе полупроводникового пьезорезистивного эффекта, который является основной разновидностью полупроводникового датчика давления. Вначале полупроводниковые тензорезисторы в основном прикреплялись к упругим элементам для изготовления различных приборов для измерения напряжения и деформации. В 1960-х годах, с развитием технологии полупроводниковых интегральных схем, появился полупроводниковый датчик давления с диффузионным резистором в качестве пьезорезистивного элемента. Этот тип датчика давления имеет простую и надежную конструкцию, не имеет относительных движущихся частей, а чувствительный к давлению элемент и упругий элемент датчика интегрированы, что позволяет избежать механического запаздывания и ползучести и повышает производительность датчика.

Пьезорезистивный эффект полупроводника Полупроводник обладает характеристикой, связанной с внешней силой, то есть удельное сопротивление (обозначенное символом ρ) изменяется в зависимости от нагрузки, которую он испытывает, что называется пьезорезистивным эффектом. Относительное изменение удельного сопротивления под действием единичного напряжения называется коэффициентом пьезорезистивного сопротивления и обозначается символом π. Математически выражается как ρ/ρ = π σ.

Где σ представляет напряжение. Изменение величины сопротивления (R/R), вызванное сопротивлением полупроводника под напряжением, в основном определяется изменением удельного сопротивления, поэтому выражение пьезорезистивного эффекта также можно записать как R/R=πσ.

Под действием внешней силы в полупроводниковых кристаллах возникают определенные напряжения (σ) и деформации (ε), связь между которыми определяется модулем Юнга (Y) материала, т. е. Y=σ/ε.

Если пьезорезистивный эффект выражается деформацией полупроводника, то он равен R/R=Gε.

G называется коэффициентом чувствительности датчика давления, который представляет собой относительное изменение значения сопротивления при единичной деформации.

Пьезорезистивный коэффициент или коэффициент чувствительности является основным физическим параметром пьезорезистивного эффекта полупроводников. Связь между ними, так же как и связь между напряжением и деформацией, определяется модулем Юнга материала, т. е. g = π y.

Из-за анизотропии упругости полупроводниковых кристаллов модуль Юнга и коэффициент пьезорезистивности изменяются в зависимости от ориентации кристалла. Величина пьезорезистивного эффекта полупроводника также тесно связана с удельным сопротивлением полупроводника. Чем ниже удельное сопротивление, тем меньше коэффициент чувствительности. Пьезорезистивный эффект диффузионного сопротивления определяется ориентацией кристаллов и концентрацией примесей диффузионного сопротивления. Концентрация примесей в основном относится к поверхностной концентрации примесей диффузионного слоя.