Un sensore piezoresistivo è un dispositivo che utilizza i cambiamenti nella resistività di alcuni materiali semiconduttori quando sottoposti a stress meccanico per effettuare un’azione elettronica. Questo fenomeno piezoresistivo si basa sulla tendenza di questi materiali a subire cambiamenti nelle loro caratteristiche resistive latenti quando flessi dall’esposizione a pressione o stress. Ciò provoca una corrispondente variazione di qualsiasi corrente elettrica che passa attraverso il dispositivo che si traduce in una misura o lettura. I materiali semiconduttori comunemente usati nei dispositivi piezoresistivi sono generalmente le stesse famiglie di metallo e silicone di base utilizzate nella maggior parte dei componenti elettronici. Questi componenti sono disponibili con un’ampia gamma di caratteristiche di sensibilità per soddisfare le esigenze di diversi settori.
Quando alcuni materiali semiconduttori sono esposti a sollecitazioni meccaniche, la loro resistività o la capacità di base di opporsi al flusso di corrente elettrica cambia. Questo cambiamento nel carattere resistivo del materiale cambia ovviamente il suo valore di resistenza specifico. Ciò si traduce in un aumento o in una diminuzione di qualsiasi corrente passata attraverso il dispositivo che viene quindi utilizzato per indicare o misurare lo stress coinvolto. L’effetto piezoresistivo viene sfruttato per creare una gamma di dispositivi a semiconduttore sensibili alla deflessione utilizzati per registrare e misurare le forze che inducono stress come l’accelerazione e la pressione.
Questo tipo di sensore è tipicamente costruito con substrati semiconduttori come germanio, silicone policristallino, silicone amorfo e silicone a cristallo singolo. Un tipico sensore è costituito da un diaframma a semiconduttore sensibile alla pressione con diversi contatti n+ e p+ collegati ad esso. La corrente elettrica viene fatta passare attraverso il wafer ad una velocità che dipende dalla sua resistenza. Questo trasferimento di corrente e la lettura risultante differiscono in base alle variazioni di resistenza nel componente quando la membrana è esposta alla pressione. Questi sensori variano in complessità da semplici piezoresistori con range limitato e stabilità di temperatura a Piezo-FET altamente stabili e precisi.
Il sensore piezoresistivo viene utilizzato in un’ampia varietà di applicazioni che comportano la misurazione delle sollecitazioni meccaniche. L’industria automobilistica li impiega come sensori di vuoto e pressione o per fornire indicazioni sui livelli di petrolio e gas. Sono utilizzati anche in campo medico in dispositivi come le apparecchiature per la misurazione della pressione sanguigna. I profondimetri utilizzati dai subacquei d’altura impiegano anche la tecnologia dei sensori piezoresistivi per produrre letture di profondità accurate. Questi dispositivi sono utilizzati anche negli altimetri degli aerei e negli strumenti di pressione barometrica.
Sensori dipendenti dalla pressione di questo tipo sono spesso utilizzati anche negli strumenti di misura elettronici che utilizzano circuiti e componenti come il ponte di Wheatstone e i transistor bipolari. Gli accelerometri utilizzati per misurare l’orientamento posizionale, l’accelerazione e le forze di vibrazione utilizzano anche la tecnologia dei sensori piezoresistivi per produrre le loro letture. Questa tecnologia ha trovato la sua strada anche nell’ambiente domestico con molti produttori di lavastoviglie, aspirapolvere e lavatrici che li utilizzano nei loro prodotti.