Ein piezoresistiver Sensor ist eine Vorrichtung, die Änderungen des spezifischen Widerstands bestimmter Halbleitermaterialien bei mechanischer Belastung nutzt, um eine elektronische Aktion zu bewirken. Dieses piezoresistive Phänomen basiert auf der Tendenz dieser Materialien, Veränderungen ihrer latenten Widerstandseigenschaften zu erfahren, wenn sie durch Druck oder Belastung gebogen werden. Dies verursacht eine entsprechende Änderung des elektrischen Stroms, der durch das Gerät fließt, was zu einer Messung oder Anzeige führt. Halbleitermaterialien, die üblicherweise in piezoresistiven Vorrichtungen verwendet werden, sind im Allgemeinen die gleichen grundlegenden Metall- und Silikonfamilien, die in den meisten elektronischen Komponenten verwendet werden. Diese Komponenten sind mit einer breiten Palette von Empfindlichkeitseigenschaften erhältlich, um den Anforderungen verschiedener Branchen gerecht zu werden.
Wenn bestimmte Halbleitermaterialien mechanischer Belastung ausgesetzt sind, ändert sich ihr spezifischer Widerstand oder ihre grundlegende Fähigkeit, dem elektrischen Stromfluss entgegenzuwirken. Diese Änderung des Widerstandscharakters des Materials ändert offensichtlich seinen spezifischen Widerstandswert. Dies führt zu einem Anstieg oder Abfall eines durch das Gerät fließenden Stroms, der dann verwendet wird, um die auftretende Belastung anzuzeigen oder zu messen. Der piezoresistive Effekt wird genutzt, um eine Reihe von durchbiegungsempfindlichen Halbleiterbauelementen zu schaffen, die zum Aufzeichnen und Messen von Belastungskräften wie Beschleunigung und Druck verwendet werden.
Diese Art von Sensor ist typischerweise aus Halbleitersubstraten wie Germanium, polykristallinem Silikon, amorphem Silikon und einkristallinem Silikon aufgebaut. Ein typischer Sensor besteht aus einer druckempfindlichen Halbleitermembran mit mehreren daran befestigten n+ und p+ Kontakten. Elektrischer Strom wird mit einer Rate durch den Wafer geleitet, die von seinem Widerstand abhängt. Diese Stromübertragung und daraus resultierende Anzeige unterscheidet sich je nach Widerstandsänderung im Bauteil bei Druckbeaufschlagung der Membran. Die Komplexität dieser Sensoren reicht von einfachen Piezowiderständen mit begrenzter Reichweite und Temperaturstabilität bis hin zu hochstabilen und genauen Piezo-FETs.
Der piezoresistive Sensor wird in einer Vielzahl von Anwendungen zur mechanischen Spannungsmessung eingesetzt. In der Automobilindustrie werden sie als Vakuum- und Drucksensoren oder zur Anzeige von Öl- und Gasfüllständen eingesetzt. Sie werden auch im medizinischen Bereich in Geräten wie Blutdruckmessgeräten verwendet. Tiefenmesser, die von Tiefseetauchern verwendet werden, verwenden auch piezoresistive Sensortechnologie, um genaue Tiefenmesswerte zu erzeugen. Diese Geräte werden auch in Flugzeughöhenmessern und barometrischen Druckinstrumenten verwendet.
Druckabhängige Sensoren dieser Art werden auch häufig in elektronischen Messgeräten verwendet, die Schaltungen und Komponenten wie die Wheatstone-Brücke und Bipolartransistoren verwenden. Beschleunigungsmesser, die zum Messen von Positionsorientierung, Beschleunigung und Vibrationskräften verwendet werden, verwenden auch piezoresistive Sensortechnologie, um ihre Anzeigen zu erzeugen. Diese Technologie hat auch in der häuslichen Umgebung Einzug gehalten, da viele Geschirrspüler, Staubsauger und Waschmaschinenhersteller sie in ihren Produkten verwenden.