автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.13, диссертация на тему:Разработка полупроводниковых тензочувствительных элементов для систем неразрушающего контроля напряженно-деформированного состояния материалов

На правах рукописи

ОЗАРЕНКО Александр Валентинович

РАЗРАБОТКА ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ТЕНЗОЧУВСТВИТЕЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ДЛЯ СИСТЕМ

НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ МАТЕРИАЛОВ

Специальность 05.11.13 - Приборы и методы контроля природной среды, веществ, материалов и изделий

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

2 3 ПН В 2003

Тамбов 2008

003459765

Работа выполнена на кафедре «Материалы и технология» ГОУ ВПО «Тамбовский государственный технический университет».

Научный руководитель кандидат технических наук, профессор

Брусенцов Юрий Анатольевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Чернышов Владимир Николаевич

кандидат технических наук, доцент Ивановский Василий Андреевич

Ведущая организация ОАО «Холдинговая компания «Ленинец»,

г. Санкт-Петербург

Защита диссертации состоится 5 февраля 2009 г. в 15 ч 00 мин на заседании диссертационного совета Д 212.260.01 Тамбовского государственного технического университета по адресу: г. Тамбов, ул. Советская, 106, Большой актовый зал.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные гербовой печатью, просим направлять по адресу: 392000, г. Тамбов, ул. Советская, 106, 11 ГУ, ученому секретарю диссертационного совета Д 212.260.01.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Тамбовского государственного технического университета по адресу: 393032, г. Тамбов, ул. Мичуринская, 112, корп. «Б», а с авторефератом дополнительно - на сайте www.tstu.ru.

Автореферат разослан 27 декабря 2008 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор технических наук, профессор

АЛ. Чуриков

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Разрушения изделий, аппаратов, конструкций, связанные с нарушением прочности материалов, приводят к серьезным последствиям, а в некоторых отраслях и технологических процессах они просто недопустимы. Следовательно, при эксплуатации таких изделий, особенно в условиях интенсивных термосиловых воздействий, необходимо обеспечить периодический или непрерывный контроль состояния применяемых материалов.

В этой связи широкое распространение получают методы и средства неразрушающего контроля (НК) напряженно-деформированного состояния (НДС) материалов и изделий, применяемых в различных отраслях народного хозяйства. Однако используемые в них в качестве первичных измерительных преобразователей (ПИП) неэлектрических величин (механического напряжения, деформации, перемещения и т.д.) тензочувствитель-ные элементы (ТЧЭ) и тензопреобразователи далеко не всегда удовлетворяют современным требованиям. К их недостаткам, прежде всего, стоит отнести низкую чувствительность и точность, сложность настройки и балансировки при изготовлении, нестабильные выходные характеристики.

Применение ТЧЭ и тензопреобразователей, созданных на основе новых полупроводниковых материалов и структур, благодаря высокой чувствительности полупроводников к механическим воздействиям, позволит улучшить ряд параметров существующих измерительных устройств: повысит чувствительность и точность измерений, расширит рабочий диапазон, позволит упростить аппаратуру и легче совместить ее с современными средствами вычислительной техники.

Поэтому задача разработки ПИП с улучшенными метрологическими характеристиками для систем НК НДС материалов на основе новых полупроводниковых ТЧЭ является весьма актуальной.

Цель работы: исследование физических процессов, возникающих в структурах металл-диэлектрик-полупроводник (МДП-структурах) при деформации, и разработка на их основе ТЧЭ и тензопреобразователей с улучшенными метрологическими характеристиками для систем НК НДС материалов и изделий.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

- исследование влияния деформации на электрофизические параметры МДП-структур на основе монокристаллических полупроводников для выявления возможности их использования в качестве ТЧЭ;

- разработка математической модели физических процессов, происходящих в ТЧЭ на основе МДП-структуры при одноосной упругой деформации;

- создание методики разработки полупроводниковых ТЧЭ с заданными метрологическими характеристиками на основе результатов исследования полученной математической модели;

- разработка, экспериментальное исследование полупроводниковых ТЧЭ на основе МДП-структуры и создание на их базе интегральных тен-зопреобразователей механических величин;

- разработка микропроцессорной системы НК НДС материалов и изделий, в которой качестве ПИП используются ТЧЭ на основе МДП-структуры.

Методы и методики исследования. Результаты исследований, включенные в диссертацию, базируются на теоретических основах физики полупроводников, математическом моделировании, основах интегральных полупроводниковых технологий, физическом эксперименте с использованием опытных образцов, а также на экспериментальных исследованиях, проведенных на кафедре «Материалы и технология» ТГТУ.

Научная новизна диссертационной работы заключается в следующем:

- разработана математическая модель физических процессов, происходящих при деформации в полупроводниковых ТЧЭ на основе МДП-структуры, учитывающая влияние основных топологических, электрических и электрофизических параметров, на основе которой создана методика разработки ТЧЭ с заданными метрологическими характеристиками;

- проведены экспериментальные исследования влияния деформации на параметры МДП-структур, подтвердившие возможность их использования в качестве ТЧЭ;

- на основе созданной методики и проведенных исследований разработан новый полупроводниковый ТЧЭ, содержащий на поверхности монокристалла кремния я-типа проводимости диэлектрический слой двуокиси кремния, а также изолированный электрод, что позволяет повысить чувствительность и точность определения параметров НДС материалов и изделий;

- разработан интегральный тензопреобразователъ, который, в отличие от известных тензорезисторных ПИП, является прибором с двойным управлением. Двойное управление выходным сигналом, осуществляемое как за счет деформации полупроводникового кристалла, так и изменения потенциалов на изолированных электродах МДП-струкгуры, позволяет повысить точность балансировки и упростить процедуру настройки тензопреобразователя;

- разработана микропроцессорная система НК НДС материалов и изделий, включающая в свой состав ТЧЭ на основе МДП-структуры и позволяющая проводить компенсацию разбаланса тегоосхем в автоматическом режиме.

Практическая ценность работы заключается в том, что на основе созданной методики и проведенных исследований разработаны конструкции интегральных тензопреобразователей и микропроцессорная система НК НДС материалов, применение которых позволяет повысить точность измерений и достоверность мониторинга прочностных характеристик изделий. Используемые при их создании оригинальные технические решения признаны изобретением, подтвержденным положительным решением о выдаче патента РФ на изобретение.

Результаты работы приняты к использованию на ОАО «Тамбовский завод «Электроприбор», ОАО «Тамбовский завод «Ревтруд», а также в учебном процессе ТГТУ.

Апробация работы. Основные научные и практические результаты исследований по теме диссертации докладывались на II, III, IV Международных научно-практических конференциях «Исследование, разработка и применение высоких технологий в промышленности» (Санкт-Петербург, 2006-2007 гг.); Международной научно-технической конференции «Проблемы автоматизации и управления в технических системах - 2007» (Пенза, 2007 г.); Ш Международной научно-практической конференции «Составляющие научно-технического прогресса» (Тамбов, 2007 г.); III Международной научно-практической конференции «Глобальный научный потенциал» (Тамбов, 2007 г.); II Международной научно-практической конференции «Наука и устойчивое развитие общества. Наследие В.И. Вернадского» (Тамбов, 2007 г.); Шестой Международной теплофизической школе «Теплофизика в энергосбережении и управлении качеством» (Тамбов, 2007 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 15 печатных работ, из которых 4 статьи в ведущих рецензируемых научных журналах, 1 положительное решение о выдаче патента РФ на изобретение.

Личный вклад автора. В работах, опубликованных в соавторстве, при непосредственном участии автора были получены основные теоретические и экспериментальные результаты, предложена математическая модель процессов, происходящих в ТЧЭ при деформации. Предложено алгоритмическое, технологическое и конструкторское обеспечение разработки и изготовления полупроводниковых ТЧЭ и тензопреобразователей. Разработана структурная схема микропроцессорной системы.

Объем и структура работы. Диссертация содержит введение, 4 главы, заключение, список используемых источников и приложения, изложенные на 131 странице машинописного текста, 38 рисунках, 8 таблицах.

Автор выражает благодарность кандидату технических наук, доценту кафедры «Материалы и технология» ТГТУ А.П. Королеву за активную консультационную помощь при решении теоретических и экспериментальных вопросов диссертации.

СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулированы цель и задачи работы, изложены основные положения, выносимые на защиту, научная новизна и практическая значимость диссертации.

В первой главе проведен обзор и анализ существующих систем контроля напряженно-деформированного состояния материалов и изделий, тензометрических устройств для измерения деформаций, перемещений, давлений и т.п. Отмечено, что используемые в их составе в качестве тен-зочувствительных элементов проволочные и фольговые тензорезисторы

обладают рядом серьезных недостатков, таких как невысокая чувствительность, относительно большие массогабаритные характеристики, слабый выходной сигнал.

Проведенный сравнительный анализ показал, что наиболее перспективным, с точки зрения улучшения метрологических характеристик систем контроля, является направление разработки и создания ТЧЭ и тензопреоб-разователей на основе полупроводниковых монокристаллических материалов. Полупроводниковые ТЧЭ имеют значительно большую тензочув-ствительность и высокий уровень выходного сигнала измерительных схем, что позволяет упростить схемотехническую реализацию устройств.

Важнейшей особенностью полупроводниковых тензорезисторов является возможность изменения в широких пределах их электрофизических свойств, что принципиально не осуществимо в проволочных и фольговых. При их производстве применима высокопроизводительная микроэлектронная технология.

Однако серийно выпускаемые полупроводниковые тензорезисторы и тензопреобразовагели имеют низкую точность, узкий рабочий диапазон и нестабильные выходные характеристики, требуют сложной процедуры настройки при изготовлении.

В связи с этим целесообразна разработка полупроводниковых ТЧЭ и тензопреобразователей на основе прогрессивных конструкторско-технологи-ческих решений, позволяющих создавать полупроводниковые структуры с заданными метрологическими характеристиками: чувствительностью, уровнем выходного сигнала, линейностью выходной характеристики, что в целом приведет к расширению диапазона и повышению точности измерений.

В результате проведенного анализа определены цель и задачи исследования.

Во второй главе проведены исследование и анализ влияния одноосной упругой деформации на основные параметры МДП-структур с целью выявления возможности их использования в качестве ТЧЭ и получения аналитических зависимостей этих параметров от деформации, которые использовались при построении математической модели.

Структура разрабатываемого ТЧЭ представляет собой МДП-резистор в монокристалле кремния л-типа проводимости, управляемый электрическим полем потенциала на изолированном электроде.

При деформации полупроводника происходит изменение расстояний между атомами, что приводит к изменению ширины запрещенной зоны. В этом случае ширина запрещенной зоны может быть выражена следующим соотношением:

Ео(Х) = Ев(0)-аХ, (1)

где Еа(0) - ширина запрещенной зоны недеформированного полупроводника, эВ; а - барический коэффициент, эВ/Па; X - механическое напряжение, Па.

Концентрация электронов проводимости, учитывающая изменение ширины запрещенной зоны при деформации, определяется по уравнению

+ Ис ехр

-ш 0)-аХ)

кТ

(2)

где N0 - концентрация донорной примеси, м ; Ыс , Ыу - эффективные плотности состояний в зоне проводимости и валентной зоне соответственно, м~3; к - постоянная Больцмана, эВ/К; Т- температура, К.

Деформация вызывает изменение подвижности основных носителей заряда в структуре полупроводникового ТЧЭ. Для расчета полупроводниковых структур с произвольными уровнями легирования использовалось обобщенное соотношение для подвижности основных носителей заряда с учетом рассеяния на акустических фононах, рассеяния на ионизированных атомах примеси, механического напряжения и поперечного электрического поля:

I

б* „ е0е51

\2

и

\2

5»

£0(1 + Х/С)

V,

где

Ц/

<ДпеПАС

3/2(аХ)т*п2(кТ)

5 3 2

_ 64-^4(2кТ)2 И-; !

1п

1+

л2

12718с: ¿Г

еП

(3)

(4)

(5)

здесь - подвижность, определяемая рассеянием на акустических фононах; - подвижность, связанная с рассеянием на ионах примеси; пространственный заряд, Кл/м2; е0 - абсолютная диэлектрическая проницаемость вакуума, Ф/м; е5; - относительная диэлектрическая проницаемость кремния; и30 - разность потенциалов между входом и выходом ТЧЭ, В; 10 - длина канала до деформации, м; С - средний продольный модуль упругости полупроводника, Па; У$ - максимальная скорость электронов, м/с; е - заряд электрона, Кл; й - постоянная Дирака, эВс; т*п -эффективная масса электрона, кг.

Таким образом, проведенные исследования позволяют сделать следующие выводы:

- деформация оказывает влияние на электрофизические параметры предлагаемой полупроводниковой структуры, что говорит о возможности ее применения в качестве ТЧЭ;

- полученные зависимости являются основой для разработки математической модели физических процессов, происходящих в полупроводниковом ТЧЭ при деформации.

В третьей главе разработана математическая модель, определяющая взаимосвязь выходного сигнала ТЧЭ с механическим напряжением, возникающим при деформации МДП-структуры.

Сопротивление элементарного участка проводящего канала структуры длиной (к определяется следующей зависимостью:

= (6) к ь гж

где Лк - сопротивление канала, Ом; Ь - длина канала, м; р - удельное сопротивление, Омм; 2 - ширина канала, м; Ж - глубина канала, м.

Однако на распределение носителей заряда в канале оказывают влияние значение управляющего потенциала (Уд) и напряжения на выходе ТЧЭ (У0). Влияние данных электрических параметров приводит к тому, что глубина области, обогащенной электронами у выхода ТЧЭ, больше, чем у входа.

В этом случае глубина канала Ж на расстоянии х от входа равна:

_ _ Б0Е5Юг

е

Nr

л/ад

у ехр

(Ед( 0)-оХ) 2 кТ

(7)

где £3,о2 - относительная диэлектрическая проницаемость диэлектрика

под управляющим электродом; с! - толщина диэлектрика, м; У(х) - напряжение на расстоянии х от входа ТЧЭ, В.

При деформации ТЧЭ изменяется удельное сопротивление полупроводникового кристалла (тензорезистивный эффект) и

р = р0(1 + я;Х), (8)

где р0- удельное сопротивление недеформированного полупроводника, Ом-м; % - продольный коэффициент пьезосопротивления, Па"1. Продольный коэффициент пьезосопротивления определяется параметрами кристаллической решетки, кристаллографическим направлением и типом проводимости полупроводника.

Ток, протекающий через любое сечение канала, одинаков, следовательно

¿У = 1В

(9)

Математическая модель выходной характеристики ТЧЭ, учитывающая изменение длины канала при деформации, определяется интегрированием выражения (9) с граничными условиями У= 0, д: =0 и У = У0, х = Ь:

Го="

- + Уг

2 кТ

1л-

тР^Ыу ехр

-(ЕаФ)-аХ)

2 кТ

.(10)

Проведено исследование и анализ полученной математической модели с целью создания методики разработки полупроводниковых ТЧЭ с заданными метрологическими характеристиками.

На рис. 1 представлены зависимости выходного сигнала ТЧЭ от механического напряжения для структур с различной степенью легирования полупроводника. Из графиков видно, что с увеличением концентрации примесных атомов увеличивается выходной ток ТЧЭ. Однако с увеличением содержания примесных атомов в монокристалле уменьшается угол наклона графиков, определяющий величину изменения выходного сигнала от механического напряжения, т.е. чувствительность полупроводникового ТЧЭ. Уменьшение чувствительности связано с уменьшением подвижности основных носителей заряда.

С ростом количества примесных атомов в монокристалле увеличивается вероятность столкновения электронов проводимости с этими атомами. Следовательно, увеличение рассеяния носителей на ионах примеси уменьшает подвижность основных носителей заряда, /с, мА

1.3 1,2 1.1 1,0 0.9 0.8 0.7 0,6 0.5 0.4

10 10г 10 10* 103 10 X, Па Рис. 1. Зависимость выходного тока от механического напряжения для различных концентраций примеси:

1 - = 1018 см-3; 2 - Ы0 = 1014 см"3; 3 - собственный полупроводник

На рис. 2 представлены зависимости выходного тока от топологических параметров: толщины диэлектрика (а) и дайны проводящего канала (б). Анализируя графические данные, можно сделать вывод, что уменьшение длины канала и толщины диэлектрика приводит к увеличению чувствительности и повышению уровня выходного сигнала. При уменьшении толщины диэлектрика под управляющим электродом увеличивается величина электрического поля, создаваемого потенциалом на электроде и проникающего через диэлектрик в подзатворную область полупроводниковой подложки. В результате увеличения электрического поля увеличивается количество основных носителей заряда, что приводит к увеличению выходного тока.

Увеличение уровня выходного сигнала, наблюдаемое при изменении длины канала, связано с уменьшением его электрического сопротивления.

¡5=а,3га

ю X, Па

Рис. 2. Влияние топологических параметров на выходную характеристику

При увеличении значений управляющего потенциала ¥0 повышается уровень выходного сигнала полупроводникового ТЧЭ. Это связано с увеличением концентрации свободных носителей заряда, которые притягиваются положительным потенциалом на управляющем электроде. Увеличение количества свободных носителей заряда приводит к увеличению пространственного заряда, следовательно, и выходного тока полупроводникового ТЧЭ.

На основе разработанной математической модели и проведенных исследований создана методика разработки полупроводниковых ТЧЭ, устанавливающая взаимосвязь метрологических характеристик разрабатываемых элементов с параметрами МДП-структуры.

Сущность данной методики заключается в выборе с помощью полученной математической модели таких значений электрических (Ус, Ув), электрофизических (ц„, ЛУ и топологических (¿0, й) параметров (в пределах заданных диапазонов) разрабатываемого ТЧЭ, при которых функция преобразования 1В =/(Х) реализуется в заданном диапазоне механических напряжений с максимально возможной чувствительностью,

линейностью и уровнем выходного сигнала. Полученная методика позволяет выработать рекомендации по выбору таких диапазонов измеряемых величин и рабочих температур, в пределах которых разрабатываемый ТЧЭ обладает наилучшими метрологическими характеристиками.

Блок-схема, представленная на рис. 3, и приведенная последовательность действий в рамках разработанной методики отражают основные этапы достижения поставленной цели.

1. Вначале необходимо задаться ис- ("' Начало )

ходными данными: набор полупроводниковых материалов с определенными концентрациями примеси N0; напря-

/~ Ввод

данных

7

жения на выходе Ув и управляющем

Расчет чувствительности

Определение

Определение уровня выходного сигнала

Оценка линейности

электроде У0 , диапазон значений которых определяется условиями эксплуатации и схемотехническим решением; длина канала Х0 , толщина диэлектрика <1 и ширина канала 2, минимальные значения которых определяются уровнем выбранной технологии, а максимальные - условием задачи.

2. Расчет чувствительности. Чувствительность определяется из выражения (10) как <Н I ¿X. Максимальное значение достигается выбором наибольших значений У0, 1 и наименьших 10, с1 из заданного интервала.

3. Определение максимальной рабочей температуры Гтах. Для этого необходимо определить температуру пробоя Тпр, при которой заданное напряжение на изолированном электроде Ус вызывает пробой диэлектрика.

/~ Вывод данных /

„ I

С" Конец )

Рис. 3. Укрупненная блок-схема методики разработки ТЧЭ

Расчет Тпр может быть произведен по следующей зависимости:

7

пр X

Фб-,

718о %о2 й

(И)

где фБ - высота потенциального барьера, эВ; Х - эмпирический коэффициент.

4. Если Тпр меньше необходимой максимальной рабочей температуры, следует увеличивать с1 с наименьшим приращением, определяя после

каждого шага и сравнивая ее значение с максимальной рабочей температурой Гтах. Как только Гпр станет больше Гшах , выбор необходимо

прекратить, потому что при таком значении (I и ранее выбранных параметрах чувствительность максимальна в данном температурном диапазоне.

5. Оценка уровня выходного сигнала с выбранными ранее параметрами. Если уровень выходного сигнала соответствует условиям задачи -переходим к оценке линейности. При неудовлетворительном уровне выходного сигнала необходимо повышать величину потенциала на изолированном электроде с наименьшим приращением. При этом после каждого шага следует пересчитывать значение Гпр. Максимальное значение уровня выходного сигнала будет получено при таком значении Уа, при котором удовлетворяется условие Тпр « Гтах .

6. Оценка линейности. Для определения линейности функция (10) приводится к линейному виду с коэффициентом нелинейности Къ Коэффициент нелинейности может быть определен из следующего выражения:

К 1гоЧ\о2У-„Ур

1 (1 + Х/С)(1 + п,Х)Ь0с1'

Если полученное значение коэффициента нелинейности при выбранных выше параметрах удовлетворяет условиям задачи, выбор прекращают и осуществляют вывод полученных параметров.

7. В случае неудовлетворяющей условию задачи линейности следует уменьшить диапазон измерений. Диапазон необходимо изменять с наименьшим приращением для достижения требуемой линейности, а затем провести расчет чувствительности в полученном диапазоне измерений. Если чувствительность удовлетворяет условиям, выбор прекращают и осуществляют вывод полученных параметров. Если чувствительность ниже требуемого значения, необходимо вернуться к п. 1 для выбора другого материала.

В четвертой главе проведены экспериментальная проверка адекватности математической модели на полупроводниковых ТЧЭ с заданными топологическими параметрами и анализ погрешности экспериментальных данных.

На основе полупроводниковых ТЧЭ разработаны конструкции интегральных тензопреобразователей и микропроцессорная система НК НДС материалов, предназначенная для мониторинга прочности изделий и конструкций.

С учетом анализа полученной математической модели для изготовления опытных образцов использовалась технология, включающая в себя следующие стадии: диффузию, окисление, фотолитографию, термовакуумное напыление, ультразвуковую сварку. Уровень технологии, технологические параметры и режимы влияют на точность выполнения полупроводникового ТЧЭ.

Наиболее ответственными этапами в производстве ТЧЭ являются: окисление, фотолитография, диффузия. От этих этапов зависит точность получения топологических параметров, которые по результатам анализа математической модели являются одними из определяющих точность измерений.

Опытные образцы изготавливались на кремниевых пластинах и-типа проводимости, легированных фосфором или сурьмой типа КЭФ, КЭС. Уровень выбранной технологии изготовления полупроводниковых ТЧЭ позволял воспроизводить топологические параметры со следующими значениями абсолютных погрешностей: лг = 1СГ6 м; Л10 = КГ6 м; Ас/ = 10 "7 м.

Экспериментальная проверка достоверности результатов математического моделирования и работоспособности предлагаемой структуры полупроводникового ТЧЭ проводилась при постоянной температуре по схеме, представленной на рис. 4.

Рис. 4. Схема проведения эксперимента:

1 - полупроводниковый ТЧЭ; 2 - источник постоянного тока; 3 - микроамперметр;

4 - регулируемый источник питания; 5 - консольная балка

Для исследования образцы полупроводниковых ТЧЭ закреплялись на консольной балке постоянного сечения, выполненной из диэлектрического материала. Один конец балки был жестко закреплен, а к свободному концу балки прикладывалась нагрузка, определяющая деформацию ТЧЭ. Длинная сторона образцов ориентировалась вдоль оси балки.

Величина механического напряжения, возникающего при деформации в месте установки ТЧЭ, определялась по известному из экспериментальной механики выражению:

где я - расстояние от центра образца до свободного конца балки, м; И - толщина балки, м; Ь - длина балки, м; / - величина изгиба в вертикальном направлении, м; С1 - модуль упругости материала балки, Па.

Экспериментальные исследования, проведенные при разных напряжениях на выходе полупроводникового ТЧЭ и на управляющем электроде, подтвердили адекватность математической модели и эффективность созданной методики разработки полупроводниковых ТЧЭ.

1

(13)

В результате проведенного анализа погрешностей были выявлены доминирующие факторы, оказывающие основное влияние на погрешность выходного сигнала ТЧЭ. Рассчитана приведенная погрешность измерений ТЧЭ, изготовленного по современным интегральным технологиям, составляющая не более 0,5 %.

На рис. 5, а представлена экспериментальная зависимость 10 = /(X) с различным значением потенциала на управляющем электроде, полученная при деформации полупроводникового ТЧЭ, выполненного на кремнии марки КЭФ с удельным сопротивлением р = 0,1 Ом м.

Разработано несколько вариантов конструкций интегральных полупроводниковых тензопреобразователей.

Один из вариантов представляет собой разделенные ячейки, нанесенные на гибкую основу. Каждая ячейка представляет собой полупроводниковый ТЧЭ. Межсоединения выполняются в пленочном варианте. Данное конструктивное решение позволяет определять деформации в деталях и конструкциях сложной геометрической формы с неровной поверхностью.

Второй вариант интегрального тензопреобразователя (рис.5, б) представляет кремниевую мембрану, на поверхности которой сформированы четыре полупроводниковых ТЧЭ (2), объединенных в мостовую схему металлизацией (3). Кремниевая мембрана устанавливается на диэлектрическую подложку (7) и помещается в металлический корпус. Применение управляемых ТЧЭ в составе тензопреобразователя позволяет упростить процедуру настройки, повысить надежность и точность балансировки тен-зосхемы. Следует отметить, что расположение полупроводниковых ТЧЭ на кремниевой мембране может быть изменено в зависимости от требуемой чувствительности, точности, рабочего диапазона измеряемых величин.

Рис. 5. Выходная характеристика полупроводникового ТЧЭ (а) и конструкция интегрального тензопреобразователя (б)

Рис. 6. Структурная схема микропроцессорной системы:

АЦП - аналого-цифровой преобразователь; ЦАП - цифро-аналоговый преобразователь; ППЗУ - энергонезависимая память;

118-485, КЭ-232 - последовательные интерфейсы;

ПК - персональный компьютер

На рис. 6 представлена структурная схема микропроцессорной системы НК НДС материалов. Основным блоком данной системы является процессор, позволяющий осуществлять балансировку тензомостов, линеаризацию и изменение диапазона выходного сигнала, диагностику состояния системы. Энергонезависимая память предназначена для хранения коэффициентов настройки и коррекции параметров системы. Наличие двух последовательных интерфейсов позволяет передавать информацию как непосредственно на персональный компьютер, так и на удаленные расстояния. С целью повышения помехоустойчивости системы подключение каждого тензомоста выполняется по 6-проводной схеме. При этом одна пара проводов служит для питания моста, другая пара необходима для измерения подаваемого напряжения, третья пара - для измерения выходного сигнала.

В отличие от аналогов, применение управляемых ТЧЭ позволяет проводить балансировку мостовых схем в автоматическом режиме за счет организованной через ЦАП обратной связи.

Система может находиться в одном из следующих режимов:

- начальная диагностика: тест процессора, тест АЦП и ЦАП, контроль ППЗУ;

- режим «измерение»: измерение входных сигналов и передача информации по последовательным интерфейсам, постоянный контроль АЦП и ЦАП;

- режим «настройка»: настройка на используемый входной диапазон, балансировка тензосхем;

- система неисправна: система переходит в данный режим в случае обнаружения ошибки в ходе начальной диагностики и при отказе АЦП или ЦАП в процессе измерения.

Данная система может использоваться в промышленных условиях для мониторинга прочности ответственных конструкций и объектов повышенной опасности, а также при проведении натурных испытаний изделий на прочность.

В приложении приведены технологический процесс изготовления полупроводникового ТЧЭ, компьютерная программа расчетов технологических режимов, акты о внедрении результатов работы.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ

1. Проведен информационный анализ применяемых в настоящее время тензочувствительных элементов и тензопреобразователей, подтвердивший актуальность разработки ТЧЭ на основе новых полупроводниковых монокристаллических материалов и структур, позволяющих улучшить метрологические характеристики существующих систем НК НДС материалов.

2. Исследовано влияние деформации на основные параметры МДП-структур, выполненных на различных монокристаллических полупроводниках, и выявлены возможности их использования в качестве ТЧЭ.

3. Разработана математическая модель физических процессов, происходящих при одноосной упругой деформации и устанавливающая взаимосвязь выходного сигнала с топологическими, электрическими и электрофизическими параметрами МДП-структуры, являющаяся теоретической базой для создания методики разработки полупроводниковых ТЧЭ с заданными метрологическими характеристиками.

4. На основе результатов исследований математической модели создана методика разработки полупроводниковых ТЧЭ, позволяющая прогнозировать метрологические характеристики на этапе проектирования.

5. Разработан полупроводниковый ТЧЭ, содержащий на поверхности монокристалла кремния «-типа проводимости диэлектрический слой двуокиси кремния, а также изолированный электрод, что позволяет повысить чувствительность и точность определения параметров НДС материалов и изделий.

6. Проведены экспериментальные исследования и анализ погрешностей измерений разработанных полупроводниковых ТЧЭ. Результаты исследований подтвердили адекватность предложенной математической модели и корректность основных теоретических выводов, положенных в основу разработки ТЧЭ на основе МДП-структур и их применимость при создании ПИП механических величин.

7. Разработан интегральный тензопреобразователь, в котором реализована возможность управления выходным сигналом за счет изменения потенциалов на изолированных электродах. Применение ТЧЭ на основе

МДП-структуры в составе тензопреобразователя обеспечивает повышение его надежности и точности балансировки мостовой схемы.

8. Разработана и принята к использованию в промышленном производстве микропроцессорная система ПК НДС материалов, включающая в свой состав ТЧЭ на основе МДП-структуры, позволяющая повысить оперативность и достоверность контроля.

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Озаренко, A.B. Особенности тензорезистивного эффекта в структурах металл-диэлектрик-полупроводник при статической и переменной деформации / A.B. Озаренко, Ю.А. Брусенцов, А.П. Королев // Вестник Тамбовского государственного технического университетата. - 2008. -Т. 14, № 1.-С. 158-163.

2. Озаренко, A.B. Цифровое устройство измерения деформаций на базе полупроводниковых управляемых тензорезисторов / A.B. Озаренко, Ю.А. Брусенцов, А.П. Королев // Вопросы современной науки и практики. Университет им. В.И. Вернадского. - 2007. - № 3(9), _ с. 187 - 192.

3. Озаренко, A.B. Исследование влияния деформации на сопротивление полупроводниковых управляемых тензорезисторов / A.B. Озаренко // Наука и устойчивое развитие общества. Наследие В.И. Вернадского : сб. материалов II Междунар. науч.-практ. конф. - Тамбов, 2007. -С. 16- 78.

4. Озаренко, A.B. Устройство повышенной точности для измерения деформаций / A.B. Озаренко, Ю.А. Брусенцов // Высокие технологии. Фундаментальные и прикладные исследования, образование : сб. трудов IV Междунар. науч.-практ. конф. «Исследование, разработка и применение высоких технологий в промышленности». - СПб., 2007. - Т. 11. -С. 361 -362.

5. Озаренко, A.B. Температурная коррекция интегральных тензопре-образователей / A.B. Озаренко, Ю.А. Брусенцов // Теплофизика в энергосбережении и управлении качеством : материалы Шестой междунар. теп-лофизической школы. - Тамбов, 2007. - Т. 2. - С. 98 - 101.

6. Озаренко, A.B. Интегральный полупроводниковый тензопреобразо-ватель / A.B. Озаренко // Составляющие научно-технического прогресса : сб. материалов III Междунар. науч.-практ. конф. - Тамбов, 2007. - С. 138 -140.

7. Озаренко, A.B. Деформационная зависимость подвижности и концентрации носителей в полупроводниковых датчиках / A.B. Озаренко, Ю.А. Брусенцов, А.П. Королев // Проблемы автоматизации и управления в технических системах : труды междунар. науч.-техн. конф. - Пенза, 2007. -С. 63-65.

8. Озаренко, A.B. Способ компенсации температурной погрешности тензопреобразователей / A.B. Озаренко // Глобальный научный потенциал : сб. материалов междунар. науч.-практ. конф. - Тамбов, 2007. - С. 112 - 114.

9. Озаренко, A.B. Математическая модель процесса проводимости полупроводника при воздействии ультразвука / A.B. Озаренко, Ю.А. Бру-сенцов, А.П. Королев // Высокие технологии. Фундаментальные и прикладные исследования, образование : сб. трудов III Междунар. науч.-практ. конф. «Исследование, разработка и применение высоких технологий в промышленности». - СПб., 2007.- Т. 8. - С. 123-124.

10. Озаренко, A.B. Проектирование первичного измерительного преобразователя для определения деформаций возникающих при ультразвуковом воздействии / A.B. Озаренко, Ю.А. Брусенцов, А.П. Королев // Высокие технологии. Фундаментальные и прикладные исследования, образование : сб. трудов III Междунар. науч.-практ. конф. «Исследование, разработка и применение высоких технологий в промышленности». - СПб., 2007,-Т. 8,-С. 125-126.

11. Моделирование процессов проводимости в полупроводниковых структурах при ультразвуковом воздействии / Ю.А. Брусенцов, A.B. Озаренко, А.П. Королев, С.А. Попов // Вестник Тамбовского государственного технического университета.-2007.-Т. 13,№ 1А. -С. 164- 169.

12. Попов, С.А. Применение полевых структур для измерения деформаций возникающих при ультразвуковых воздействиях / С.А. Попов, A.B. Озаренко // Сборник статей магистрантов Тамбовского государственного технического университета. - Тамбов, 2006. - Вып. IV. - С. 137 - 140.

13. Брусенцов, Ю.А. Исследование электрофизических процессов в полевых полупроводниковых структурах для измерения теплофизических характеристик / Ю.А. Брусенцов, A.B. Озаренко, А.П. Королев // Вестник Тамбовского государственного технического университета. - 2006. - Т. 12, № 1А. - С. 122- 128.

14. Озаренко, A.B. Применение полевых структур в измерениях разности температур / A.B. Озаренко, Ю.А. Брусенцов, А.П. Королев // Высокие технологии. Фундаментальные и прикладные исследования, образование : сб. трудов II Междунар. науч.-практ. конф. «Исследование, разработка и применение высоких технологий в промышленности». - СПб., 2006. -Т.5.-С. 150-151.

15. Решение о выдаче патента РФ на изобретение. Устройство для измерения давления / A.B. Озаренко, Ю.А. Брусенцов, А.И. Фесенко, А.П. Королев. -128640/28(031192); Заявл. 25.07.2007.

Подписано в печать 25.12.2008 60 х 84 / 16. 0,93 усл. печ. л. Тираж 100. Заказ № 598

Издательско-полиграфический центр ТГТУ 392000, Тамбов, Советская, 106, к. 14

Введение.

1. ИНФОРМАЦИОННЫЙ ОБЗОР И АНАЛИЗ ПРОБЛЕМЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕХАНИЧЕСКИХ НАПРЯЖЕНИЙ И ДЕФОРМАЦИЙ ТЕНЗОЧУВСТВИТЕЛЬНЫМИ ЭЛЕМЕНТАМИ.

1.1 Общая характеристика проблемы определения механических напряжений и деформаций.

1.2 Краткий анализ тензорезисторных средств контроля, применяемых для определения механических напряжений и деформаций.

1.3 Постановка задачи исследования влияния деформации на параметры полупроводниковых структур и пути ее решения.

1.4 Выводы.

2. ИССЛЕДОВАНИЕ И АНАЛИЗ ВЛИЯНИЯ ДЕФОРМАЦИИ НА ОСНОВНЫЕ ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ ПОЛУПРОВОДНИКОВОГО ТЕНЗОЧУВСТВИТЕЛЬНОГО ЭЛЕМЕНТА НА ОСНОВЕ МДП-СТРУКТУРЫ.

2.1 Влияние деформации на изменение концентрации носителей заряда.

2.2 Формирование области пространственного заряда.

2.3 Деформационная зависимость подвижности носителей заряда с учетом полевого эффекта.

2.4 Выводы.

3. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ФИЗИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ, ПРОИСХОДЯЩИХ В ТЕНЗОЧУВСТВИТЕЛЬНОМ ЭЛЕМЕНТЕ НА ОСНОВЕ МДП-СТРУКТУРЫ ПРИ ОДНООСНОЙ УПРУГОЙ ДЕФОРМАЦИИ.

3.1 Разработка математической модели.

3.2 Влияние электрофизических параметров на выходной сигнал тензочувствительного элемента.

3.3 Влияние топологических и электрических параметров на выходной сигнал тензочувствительного элемента.

3.4 Методика разработки тензочувствительных элементов с заданными метрологическими характеристиками.

3.5 Выводы.

4. РАЗРАБОТКА КОНСТРУКЦИЙ ИНТЕГРАЛЬНЫХ ТЕНЗОПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ И МИКРОПРОЦЕССОРНОЙ СИСТЕМЫ НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ МАТЕРИАЛОВ.

4.1 Основные технологические этапы изготовления тензочувствительного элемента.

4.2 Влияние технологических операций на метрологические характеристики тензочувствительного элемента.

4.3 Метрологический анализ разработанного тензочувствительного элемента.

4.4 Разработка конструкций интегральных тензопреобразователей.

4.5 Структурная схема и принцип работы микропроцессорной системы неразрушающего контроля напряженно-деформированного состояния материалов. Ю

4.6 Выводы.

В процессе эксплуатации машины, аппараты, конструкции и сооружения подвергаются воздействию различных дестабилизирующих факторов, приводящих к нарушениям целостности и разрушениям изделий. Это могут быть статические и динамические деформации, вибрации, удары, воздействие давления и усталостное напряжение. Влияние данных факторов и неконтролируемое протекание деформационных процессов в материалах приводят к возникновению аварийных ситуаций. Поэтому в настоящее время большое распространение получают методы и средства неразрушающего контроля напряженно-деформированного состояния материалов, используемые в машиностроении, авиационной и военной технике, теплоэнергетическом комплексе, автомобилестроении, железнодорожном транспорте, нефтяной, химической и других отраслях промышленности.

Актуальность работы. Разрушения изделий, аппаратов, конструкций, связанные с нарушением прочности материалов, приводят к серьезным последствиям, а в некоторых отраслях и технологических процессах они просто недопустимы. Следовательно, при эксплуатации таких изделий, особенно в условиях интенсивных термосиловых воздействий, необходимо обеспечить периодический или непрерывный контроль состояния применяемых материалов. Важность контроля деформаций обусловлена тем, что данный фактор является источником возникновения механических напряжений в материалах. Инерционные силы, возникающие при этом, могут превышать пределы прочности конструкций, а их длительное воздействие приводит к усталостным разрушениям материалов.

В этой связи широкое распространение получают методы и средства неразрушающего контроля (НК) напряженно-деформированного состояния (НДС) материалов и изделий, применяемых в различных отраслях народного хозяйства. Однако используемые в них в качестве первичных измерительных преобразователей неэлектрических величин (механического напряжения, деформации, перемещения и т.д.) тензочувствительные элементы (ТЧЭ) и тен-зопреобразователи далеко не всегда удовлетворяют современным требованиям. К их недостаткам, прежде всего, стоит отнести низкую чувствительность и точность, сложность настройки и балансировки при изготовлении, нестабильные выходные характеристики.

Поэтому широко развивается направление в области разработки и создания тензочувствительных элементов и тензопреобразователей на основе полупроводниковых структур и материалов, выпускаемых по высокопроизводительной микроэлектронной технологии. Применение ТЧЭ и тензопреобразователей, созданных на основе новых полупроводниковых материалов и структур, благодаря высокой чувствительности полупроводников к механическим воздействиям позволит улучшить ряд параметров существующих измерительных устройств: повысит чувствительность и точность измерений, расширит рабочий диапазон, позволит упростить аппаратуру и легче совместить ее с современными средствами вычислительной техники.

Таким образом, задача разработки ПИП с улучшенными метрологическими характеристиками для систем НК НДС материалов на основе новых полупроводниковых тензочувствительных элементов является весьма актуальной.

Цель работы: исследование физических процессов, возникающих в структурах металл-диэлектрик-полупроводник (МДП-структурах) при деформации, и разработка на их основе ТЧЭ и тензопреобразователей с улучшенными метрологическими характеристиками для систем НК НДС материалов и изделий.

Основные задачи работы. Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи: провести информационный обзор и сравнительный анализ существующих ТЧЭ и тензопреобразователей, применяемых в измерительных устройствах и системах РЖ НДС материалов и изделий;

- провести исследование влияния деформации на электрофизические параметры МДП-структур на основе монокристаллических полупроводников для выявления возможности их использования в качестве ТЧЭ;

- разработать математическую модель физических процессов, происходящих в ТЧЭ на основе МДП-структуры при одноосной упругой деформации;

- провести исследование математической модели для оценки влияния основных параметров МДП-структуры на выходную характеристику ТЧЭ;

- по результатам исследования математической модели создать методику разработки ТЧЭ на основе МДП-структуры с заданными метрологическими характеристиками;

- провести разработку, экспериментальные исследования ТЧЭ на основе МДП-структуры и анализ погрешностей измерений;

- разработать конструкции интегральных тензопреобразователей и микропроцессорную систему НЕС НДС материалов и изделий, в составе которых применяются ТЧЭ на основе МДП-структуры.

Методы и методики исследования. Результаты исследований, включенные в диссертацию, базируются на теоретических основах физики полупроводников, математическом моделировании, основах интегральных полупроводниковых технологий, физическом эксперименте с использованием опытных образцов, а также на экспериментальных исследованиях, проведенных на кафедре "Материалы и технология" ТГТУ.

Научная новизна диссертационной работы заключается в следующем:

- разработана математическая модель физических процессов, происходящих при деформации в полупроводниковых ТЧЭ на основе МДП-структуры, учитывающая влияние основных топологических, электрических и электрофизических параметров, на основе которой создана методика разработки ТЧЭ с заданными метрологическими характеристиками;

- проведены экспериментальные исследования влияния деформации на параметры МДП-структур, подтвердившие возможность их использования в качестве ТЧЭ;

- на основе созданной методики и проведенных исследований разработан новый полупроводниковый ТЧЭ, содержащий на поверхности монокристалла кремния «-типа проводимости диэлектрический слой двуокиси кремния, а также изолированный электрод, что позволяет повысить чувствительность и точность определения параметров НДС материалов и изделий;

- разработан интегральный тензопреобразователь, который, в отличие от известных тензорезисторных ПИП, является прибором с двойным управлением. Двойное управление выходным сигналом осуществляемое как за счет деформации полупроводникового кристалла, так и изменения потенциалов на изолированных электродах МДП-структуры позволяет повысить точность балансировки и упростить процедуру настройки тензопреобразователя;

- разработана микропроцессорная система НК НДС материалов и изделий, включающая в свой состав ТЧЭ на основе МДП-структуры, и позволяющая проводить компенсацию разбаланса тензосхем в автоматическом режиме.

Практическая ценность работы заключается в том, что на основе созданной методики и проведенных исследований разработаны конструкции интегральных тензопреобразователей и микропроцессорная система, применение которых позволяет повысить точность измерений и достоверность мониторинга прочностных характеристик изделий. Используемые при их создании оригинальные технические решения признаны изобретением, подтвержденным положительным решением о выдаче патента РФ на изобретение. Результаты исследований могут быть рекомендованы для использования в научно-исследовательской деятельности, промышленности, других отраслях техники для повышения оперативности и точности контроля механических напряжений, деформаций, перемещений и целого ряда других механических величин.

Проведена реализация результатов теоретических и практических исследований автора, и они внедрены и приняты к использованию в ОАО «Тамбовский завод «Электроприбор», ОАО «Тамбовский завод «Ревтруд». Также результаты работы используются в научно-исследовательской и учебной деятельности на кафедре «Материалы и технология» Тамбовского государственного технического университета.

Апробация работы. Основные научные и практические результаты исследований по теме диссертации докладывались на II, III, IV Международных научно-практических конференциях «Исследование, разработка и применение высоких технологий в промышленности» (Санкт-Петербург, 20062007 гг.); Международной научно-технической конференции «Проблемы автоматизации и управления в технических системах - 2007» (Пенза, 2007 г.); III Международной научно-практической конференции «Составляющие научно-технического прогресса» (Тамбов, 2007 г.); III Международной научно-практической конференции «Глобальный научный потенциал» (Тамбов, 2007 г.); Шестой Международной теплофизической школе «Теплофизика в энергосбережении и управлении качеством» (Тамбов, 2007 г.); II Международной научно-практической конференции «Наука и устойчивое развитие общества. Наследие В.И. Вернадского» (Тамбов, 2007 г.).

Публикации. По теме диссертационного исследования опубликовано 15 печатных работ, из которых 4 статьи в ведущих рецензируемых научных журналах, 1 положительное решение о выдаче патента РФ на изобретение.

Личный вклад автора. В работах, опубликованных в соавторстве, при непосредственном участии автора были получены основные теоретические и экспериментальные результаты, предложена математическая модель процессов, происходящих в ТЧЭ на основе МДП-структуры при одноосной упругой деформации. Предложено алгоритмическое, технологическое и конструкторское обеспечение разработки и изготовления полупроводниковых ТЧЭ. Разработана структурная схема микропроцессорной системы.

Структура работы. Диссертация содержит введение, 4 главы, заключение и приложения, изложенные на 131 странице машинописного текста, 38 рисунках, 8 таблицах. Список используемой литературы включает 98 наименований.

Основные результаты диссертационного исследования заключаются в следующем:

1. Проведен информационный анализ применяемых в настоящее время тензочувствительных элементов и тензопреобразователей, подтвердивший актуальность разработки ТЧЭ на основе новых полупроводниковых монокристаллических материалов и структур, позволяющих улучшить метрологические характеристики существующих систем НК НДС материалов.

2. Исследовано влияние деформации на основные параметры МДП-структур, выполненных на различных монокристаллических полупроводниках, и выявлены возможности их использования в качестве ТЧЭ.

3. Разработана математическая модель физических процессов, происходящих при одноосной упругой деформации и устанавливающая взаимосвязь выходного сигнала с топологическими, электрическими и электрофизическими параметрами МДП-структуры, являющаяся теоретической базой для создания методики разработки полупроводниковых ТЧЭ с заданными метрологическими характеристиками.

4. На основе результатов исследований математической модели создана методика разработки полупроводниковых ТЧЭ, позволяющая прогнозировать метрологические характеристики на этапе проектирования.

5. Разработан полупроводниковый ТЧЭ, содержащий на поверхности монокристалла кремния я-типа проводимости диэлектрический слой двуокиси кремния, а также изолированный электрод, что позволяет повысить чувствительность и точность определения параметров НДС материалов и изделий.

6. Проведены экспериментальные исследования и анализ погрешностей измерений разработанных полупроводниковых ТЧЭ. Результаты исследований подтвердили адекватность предложенной математической модели и корректность основных теоретических выводов, положенных в основу разработки ТЧЭ на основе МДП-структур и их применимость при создании ПИП механических величин.

7. Разработан интегральный тензопреобразователь, в котором реализована возможность управления выходным сигналом за счет изменения потенциалов на изолированных электродах. Применение ТЧЭ на основе МДП-структуры в составе тензопреобразователя обеспечивает повышение его надежности и точности балансировки мостовой схемы.

8. Разработана и принята к использованию в промышленном производстве микропроцессорная система НК НДС материалов, включающая в свой состав ТЧЭ на основе МДП-структуры, позволяющая повысить оперативность и достоверность контроля.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Клокова, Н.П. Тензорезисторы: Теория, методики расчета, разработки / Н.П. Клокова. М.: Машиностроение, 1990. - 224 с.

2. Клокова, Н.П. Тензорезисторы / Н.П. Клокова // Датчики и системы. -2004.-№3.-С. 10-12.

3. Глаговский, Б.А. Электротензометры сопротивления / Б.А. Глаговский, И.Д. Пивен. Л.: Энергия, 1972. - 86 с.

4. Тензометрия в машиностроении. Справочное пособие / под. ред. P.A. Макарова. -М.: Машиностроение, 1975. 288 с.

5. Немец, И. Практическое применение тензорезисторов / И. Немец. М.: Энергия, 1970. - 144 с.

6. Тисенко, Н.Г. Микропроволока для термокомпенсированных тензодат-чиков / Н.Г. Тисенко, Г.Х. Боркунский. — М.: Машиностроение, 1968. -92 с.

7. Клокова, Н.П. Тензодатчики для экспериментальных исследований / Н.П Клокова, В.Ф. Лукашик, Л.М. Воробьева, А.Б. Волчек. М.: Машиностроение, 1972. - 152 с.

8. Ильинская, Н.С. Полупроводниковые тензодатчики / Н.С. Ильинская, А.Н. Подмарьков. Л.: Энергия, 1966. - 120 с.

9. Полупроводниковые тензодатчики / под. ред. М. Дина. М. - Л.: Энергия, 1985.-213 с.

10. Ваганов, В.И. Интегральные тензопреобразователи / В.И. Ваганов. -М.: Энергоатомиздат, 1983. — 136 с.

11. П.Эрлер, В. Электрические измерения неэлектрических величин полупроводниковыми тензорезисторами / В. Эрлер, Л. Вальтер. К4.: Мир, 1974.-288 с.

12. Мокров, Е.А. Интегральные датчики. Состояние разработок и производства. Направление развития, объемы рынка / Е.А. Мокров // Датчики и системы.- 2000. -№1. С. 28-30.

13. Meek, R.L. Electrically thinned n/n+ epitaxial silicon method and applications / R.L. Meek // J. Electrochem. Soc. 2001.- v. 118, N 7. p. 1240 -1246.

14. Waggener, H.A. Electrochemically controlled thinning of silicon / H.A. Waggener, J.V. Dalton // B. S. T. J. 1998. - v. 49, N 3. p. 473 - 479.

15. Van Dijk, K.J.A. Preparation of thin silicon crystals by electrochemical thinning of epitacxially grown structures / K.J.A. Van Dijk, J. DeLonge // J. Electrochem. Soc. 1993. - v. 110, N 1. p. 553 - 554.

16. The electrochemistry of semiconductors / Ed. P. Holmes. Lond. And N.Y.: Academic Press, 1962. — 385 p.

17. Полупроводниковые тензопреобразователи давления и силы на основе гетероэпитаксиальных структур «кремний на сапфире» / А.В. Белогла-зов, В.М. Стучебников, В.В. Хасиков и др. // Приборы и системы управления. 1982. - №5. С.21 - 27.

18. Папков, B.C. Эпитаксиальные кремниевые слои на диэлектрических подложках и приборы на их основе / B.C. Папков, М.В. Цыбульников. -М.: Энергия, 1979.-88 с.

19. Баринов, И.Н. Высокотемпературные чувствительные элементы датчиков давления со структурой «кремний на диэлектрике» / И.Н. Баринов // Датчики и системы. 2007. - №1. С. 36 - 39.

20. Баринов, И.Н. Полупроводниковый чувствительный элемент на основе структуры «кремний на диэлектрике» для высокотемпературного датчика давления / И.Н. Баринов // Датчики и системы. 2004. - № 12. С. 39-41.

21. Бушев, B.B. Серия микроэлектронных датчиков давления «Мида» / В.В. Бушев, O.JI. Николайчук, В.М. Стучебников // Датчики и системы. -2000.-№1. С. 21 -26.

22. Датчики давления/ Тематический каталог промышленной группы «Метран». Челябинск. 2007.

23. Викулин, И.Н. Физика полупроводниковых приборов / И.Н. Викулин, В.И. Стафеев. М.: Радио и связь, 1990. - 264 с.

24. Бабичев, Г.Г. Кремниевые двухстоковые полевые тензотранзисторы / Г.Г. Бабичев, С.И. Козловский, В.А. Романов, H.H. Шаран // Журнал технической физики. — 2000. Т.70, вып. 10. С.45 —49.

25. Полякова, A.JI. Деформация полупроводников и полупроводниковых приборов. М.: Наука, 1979. - 168 с.

26. A.C. 934257 СССР, МПК G01L9/04. Полупроводниковый тензопреоб-разователь / A.B. Белоглазов, В.Е. Бейден, Г.Г. Иордан и др.; заявл. 20.02.78; опубл. 07.06.82; бюл № 21.

27. Пат. 2043671 РФ, МПК 6Н01С10/10, G01B7/16. Полупроводниковый тензорезистор / Н.Т. Горбачук; заявитель и патентообладатель Киевский технологический институт легкой промышленности. — № 4875001/10; заявл. 15.10.90; опубл. 10.09.95.

28. Пат. 1393265 РФ, МПК 5 H01L29/84. Тензочувствительный интегральный преобразователь / В.В. Беклемишев, С.О. Бритвин, В.И. Ваганов; заявитель и патентообладатель Московский инженерно-физический институт. -№4030218/25; заявл. 07.01.86; опубл. 28.02.94.

29. Пат. 2284074 РФ, МПК H01L29/84. Полупроводниковый тензопреоб-разователь / В.И. Суханов; заявитель и патентообладатель ОАО «НИИ-Теплоприбор». -№2005109864/28; заявл. 06.04.05; опубл. 20.09.06.

30. Пат. 2265811 РФ, МПК 7 G01L9/04, G01B7/16. Тензометрическое устройство / Е.А. Мокров, В.М. Левин, Н.Г. Желагин, В.П. Маланин; заявитель и патентообладатель ФГУП НИМ физических измерений. — №2004106085/28; заявл. 01.03.04; опубл. 10.12.05.

31. Кольман, Е.М. Тензометрическая система «Эпсилон» / Е.М. Кольман, А.И. Беклемищев, A.C. Липешонков и др. // Датчики и системы. 2004. - №3. С. 18-19.

32. Дайчик, М.Л. Методы и средства натурной тензометрии: Справочник / М.Л. Дайчик, Н.И. Пригоровский, Г.Х. Хуршудов. М.: Машиностроение, 1989.-240 с.

33. Блокин-Мечталкин, Ю.К. Тензометрический измерительно-вычислительный комплекс ИВК М2 / Ю.К. Блокин-Мечталкин, В.В. Петроне-вич, Е.К. Чумаченко // Датчики и системы. 2004. - №3. С. 14 - 17.

34. Бодров, В.Е. Малогабаритный измерительно-вычислительный комплекс «Тензор» для мониторинга прочности сложных механических конструкций / В.Е. Бодров, A.B. Краячич, Б.П. Подборонов, Ю.А. Свирский // Датчики и системы. 2006. - №5. С. 2 - 7.

35. Кочетков, A.B. Первичный измерительный преобразователь упругих деформаций / A.B. Кочетков, А.П. Королев, В.П. Шелохвостов, В.Н. Чернышов // Вестн. Тамб. гос. ун-та. Сер. Естеств. и технич. науки. -Тамбов, 2003. Т. 8. Вып. 4. - С. 702 - 703.

36. Озаренко, A.B. Особенности тензорезистивного эффекта в структурах металл-диэлектрик-полупроводник при статической и переменной деформации / A.B. Озаренко, Ю.А. Брусенцов, А.П. Королев // Вестник Тамб. гос. техн. ун-та. 2008. - Т. 14, № 1А. С. 158- 163.

37. Озаренко, A.B. Температурная коррекция интегральных тензопреобра-зователей / A.B. Озаренко, Ю.А. Брусенцов // Теплофизика в энергосбережении и управлении качеством: материалы 6-й междунар. тепло-физической школы. Тамбов, 2007. - Т.2. - С. 98 - 101.

38. Озаренко, A.B. Способ компенсации температурной погрешности тен-зопреобразователей / A.B. Озаренко // Глобальный научный потенциал: сб. материалов междунар. науч.-практ. конф. Тамбов, 2007. С. 112 -114.

39. Озаренко, A.B. Интегральный полупроводниковый тензопреобразова-тель / A.B. Озаренко // Составляющие научно-технического прогресса: сб. материалов 3-й междунар. науч.-практ. конф. Тамбов, 2007. С. 138 - 140.

40. Брусенцов, Ю.А. Моделирование процессов проводимости в полупроводниковых структурах при ультразвуковом воздействии / Ю.А. Брусенцов, A.B. Озаренко, А.П. Королев, С.А. Попов // Вестник Тамб. гос. техн. ун-та. -2007,- Т. 13, № 1А. С. 164- 169.

41. Попов, С.А. Применение полевых структур для измерения деформаций возникающих при ультразвуковых воздействиях / С.А. Попов, А.В. Озаренко // Сборник статей магистрантов Тамб. гос. техн. ун-та. — 2006. -Выпуск IV. С. 137-140.

42. Брусенцов, Ю.А. Исследование электрофизических процессов в полевых полупроводниковых структурах для измерения теплофизических характеристик / Ю.А. Брусенцов, А.В. Озаренко, А.П. Королев // Вестник Тамб. гос. техн. ун-та.-2006.-Т. 12, № 1А. С. 122- 128.

43. Korolev, А.Р. Semiconductor primary initial transformer design for heat values measurement / A.P. Korolev, V.P. Shelokhvostov, V.N. Chernyshov // Transactions Tambov state technical university. 1999. - T.5, №4. P. 536 -542.

44. Шалимова, K.B. Физика полупроводников / K.B. Шалимова. — M.: Энергия, 1976.- 416 с.

45. Тугов, Н.М. Полупроводниковые приборы / Н.М. Тугов, Б.А. Глебов, Н.А. Чарыков. М.: Энергоатомиздат, 1990. - 576 с.

46. Баранский, П.И. Полупроводниковая электроника. Свойства материалов. Справочник / П.И. Баранский, В.П. Клочков, И.В. Потыкевич. -Киев.: Изд-во «Наукова думка», 1975. 705 с.

47. Бахадырханов, М.К. Влияние одноосного сжатия на фотопроводимость сильнокомпенсированного Si <В, Мп> / М.К. Бахадырханов, Х.М. Илиев, Х.Ф. Зикриллаев // Письма в ЖТФ. 1998. - Т.24, №22. С. 23-28.

48. Зи, С. Физика полупроводниковых приборов: В 2-х книгах. Кн. 1 / С. Зи.-М.: Мир, 1984.-456 с.

49. Зи, С. Физика полупроводниковых приборов: В 2-х книгах. Кн. 2 / С. Зи.-М.: Мир, 1984.-456 с.

50. Ржанов, A.B. Электронные процессы на поверхности полупроводников / A.B. Ржанов. М.: Наука, 1970. - 480 с.

51. Бубенников, А.Н. Моделирование интегральных микротехнологий, приборов и схем / А.Н. Бубенников. М.: Высш. шк., 1989. - 320 с.

52. Бонч-Бруевич, B.J1. Физика полупроводников / Бонч-Бруевич, B.JL, Калашников С. Г. М.: Наука, 1977. - 672 с.

53. Ю, Питер. Основы физики полупроводников / Питер Ю, М. Кардона.-М.: Физматлит, 2002. 560 с.

54. Смит, Д. Полупроводники: пер. с англ. / Д. Смит; под. ред. H.A. Пени-на. М.: Мир, 1982. - 558 с.

55. Петровский, И.Н. Электронная теория полупроводников. Введение в теорию / H.H. Петровский. Минск: Высш. шк., 1964. - 250 с.

56. Вавилов, B.C. Дефекты в кремнии и на его поверхности / B.C. Вавилов, В.Ф. Киселев, Б.Н. Мукашев. М.: Наука, 1990. - 190 с.

57. Пикус, Г.Е. Основы теории полупроводниковых приборов / Г.Е. Пи-кус. М.: Наука, 1965. - 340 с.

58. Литовченко, В.Г. Основы физики микроэлектронных систем металл-диэлектрик-полупроводник / В.Г. Литовченко, А.П. Горбань. Киев.: Изд-во «Наукова думка», 1978. - 316 с.

59. Коледов, Л.А. Технология и конструкции микросхем, микропроцессоров и микросборок / Л.А. Коледов. М.: Радио и связь, 1989. - 400 с.

60. Конструирование и технология микросхем. Курсовое проектирование / Л. А. Коледов, В.А. Волков, H.H. Докучаев и др.; Под ред. Л.А Коледо-ва. -М.: Высш. шк., 1984.-231 с.

61. Черняев, В.Н. Технология производства интегральных микросхем и микропроцессоров / В.Н. Черняев. М.: Радио и связь, 1987. - 464 с.

62. Парфенов, О.Д. Технология микросхем / О.Д. Парфенов. М.: Высш. шк., 1986.-319 с.

63. Березин, A.C. Технология и конструирование интегральных микросхем / A.C. Березин, О.Р. Мочалкина. М.: Радио и связь, 1983. - 232 с.

64. Технология СБИС А Под ред. С. Зи: пер. с англ. под ред. Ю.Д. Чистякова.-М.: Мир, 1986.-853 с.

65. Готра, З.Ю. Технология микроэлектронных устройств: Справочник / З.Ю. Готра. М. Радио и связь, 1991.-528 с.

66. Экспериментальная механика: В 2-х книгах. Кн. 1. Пер. с англ. / Под ред. А. Кобаяси.-М.: Мир, 1990.-616 с.

67. Экспериментальная механика: В 2-х книгах. Кн. 2. Пер. с англ. / Под ред. А. Кобаяси. -М.: Мир, 1990. 552 с.

68. Грачев, Ю.П. Математические методы планирования экспериментов / Ю.П. Грачев, Ю.М. Плаксин. М.: ДеЛи принт, 2005. - 296 с.

69. Земельман, М.А. Метрологические основы технических измерений / М.А. Земельман. -М.: Изд-во стандартов, 1991. -228 с.

70. Грановский, В.А. Методы обработки экспериментальных данных при измерениях / В.А. Грановский, Т.Н. Сирая. Л.: Энергоатомиздат, 1990.-288 с.

71. Новицкий, П.В. Оценка погрешностей результатов измерений / П.В. Новицкий, И.А. Зограф. Л.: Энергоатомиздат, 1991. - 304 с.

72. Королев, А.П. Автоматизация технологического проектирования РЭС: Учеб. пособие / А.П. Королев, С.Н. Баршутин. Тамбов.: Изд-во Тамб. гос. техн. ун-та, 2006. - 76 с.

73. Богданов, В.В. Метрологическое обеспечение измерений / В.В. Богданов, А.И. Самойленко, В.К. Маскаев // Датчики и системы. — 2004. — №3. С. 28-30.

74. Зеленцов, Ю.А. Об эффективности пассивных схем термокомпенсации дрейфа начального разбаланса тензомостов / Ю.А. Зеленцов, В.Ю. Зеленцов // Датчики и системы. 2007. - №2. С. 10 - 13.

75. Распопов, В.Я. Принципы построения датчиков давления и топология тензорезисторов / В.Я. Распопов // Датчики и системы. 2007. — №2. С. 22-26.

76. Вавилов, В.Д. Конструирование интегральных датчиков / В.Д. Вавилов, В.И. Поздяев. М.: МАИ, 1993. - 68 с.

77. Рущанский, К.З. Влияние гидростатического давления на статические и динамические свойства кристалла InSe: исследования из первых принципов / К.З. Рущанский // Физика твердого тела. 2004. - Т.46, вып. 1. С. 177- 184.

78. Зимин, С.П. Тензорезистивный эффект в слоях пористого кремния с различной морфологией / С.П. Зимин, А.Н. Брагин // Физика и техника полупроводников. 2004. - Т.38, вып. 5. С. 616-619.

79. Виглеб, Г. Датчики: Пер.с нем. / Г. Виглеб. М.: Мир, 1989. - 196 с.

80. Проектирование датчиков для измерения механических величин / Под ред. Е.П. Осадчего. М.: Машиностроение, 1979. — 480 с.

81. Келим, Ю.М. Типовые элементы систем автоматического управления / Ю.М. Келим. М.: ФОРУМ: ИНФРА-М, 2002. - 384 с.

82. Решение о выдаче патента РФ на изобретение. Устройство для измерения давления / A.B. Озаренко, Ю. А. Брусенцов, А.И. Фесенко, А.П. Королев-2007128640/28(031192); Заявл. 25.07.2007.

83. Герасимов, Б.И. Микропроцессорные аналитические приборы / Б.И. Герасимов. М.: Машиностроение, 1997. - 246 с.

84. Схемотехника измерительно-вычислительных систем / Под. ред. Е.И. Глинкина. Тамбов.: Изд-во Тамб. гос. техн. ун-та, 2000. - 80 с.

85. Чернышов, В.Н. Анализ и синтез измерительных систем / В.Н. Чернышев и др. Тамбов.: Изд-во Тамб. гос. техн. ун-та, 1995. — 234 с.