- Piezoresistance
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Piézorésistance
La piézorésistance est le changement de conductibilité d'un matériau du à une contrainte mécanique.
Sommaire
Histoire
Le changement de résistance électrique d'un métal du à une contrainte mécanique a été pour la première fois découverte par Lord Kelvin en 1856. La piézorésistance dans les semi-conducteurs a été découverte sur un cristal de silicium en 1954 (Smith 1954).
Mécanisme
La sensibilité d'un appareil piézorésistant a comme caractéristique :
où
et R représente respectivement la variation relative de longueur et la résistance.Piézorésistance des métaux
La piézorésistance d'un capteur métallique est du au changement de géométrie due à la contrainte mécanique. Ce facteur géométrique du capteur se représente par la variable K (Window 1992):
où
représente le coefficient de Poisson du matériau.Même si les variations sont relativement faibles elles permettent d'utiliser ces capteurs (jauge de contrainte) sur une large gamme d'utilisation (Window 1992).
Piézorésistance dans les semi-conducteurs
La variable K d'un semi conducteur peut-être cent fois supérieur à celle des métaux. Les semi-conducteurs généralement utilisés sont le germanium et le silicium (amorphe ou cristallisé).
Piézorésistance du silicium
Une contrainte appliquée sur du silicium va modifier sa conductibilité pour deux raisons : sa variation géométrique mais aussi sur la conductibilité intrinsèque du matériau. Il en résulte une amplitude bien plus importante que pour des capteurs métalliques (Smith 1954).
Piézorésistance des capteurs en silicium
La piézorésistance des semi-conducteurs a été utilisé avec un grand nombre de matériaux (germanium, silicium polycristalin ou amorphe... Le silicium étant aujourd'hui largement utilisé dans les circuits imprimés, l'utilisation des capteurs à base de silicium est largement répandue et permet une bonne intégration des jauges de contraintes avec les circuits bipolaires ou CMOS.
Celà a permis une grande gamme d'utilisation de la piézorésistance. Beaucoup d'appareils commerciaux comme les capteurs d'accélération utilisent des capteurs en silicium.
Piézorésistance ou piézorésistor
Les piézorésistances ou piézorésistors sont des résistance variables faites à partir d'un matériau piézorésistant et sont utilisées pour les jauges de contraintes, couplées avec un pont de Wheatstone.
Bibliographie
- (en) Y. Kanda, "Piezoresistance Effect of Silicon," Sens. Actuators, vol. A28, no. 2, pp. 83-91, 1991.
- (en) S. Middelhoek and S. A. Audet, Silicon Sensors, Delft, The Netherlands: Delft University Press, 1994.
- (en) A. L. Window, Strain Gauge Technology, 2nd ed, London, England: Elsevier Applied Science, 1992.
- (en) C. S. Smith, "Piezoresistance Effect in Germanium and Silicon," Phys. Rev., vol. 94, no. 1, pp. 42-49, 1954.
- (en) S. M. Sze, Semiconductor Sensors, New York: Wiley, 1994.
- (en) J. Bartholomeyczik, S. Brugger, P. Ruther, and O. Paul, "Multidimensional CMOS In-Plane Stress Sensor," IEEE Sensors J., vol. 5, no. 5, pp. 872-882, 2005.
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