Тензореактивний ефект в біполярних

ТЕНЗОРЕАКТИВНИЙ ЕФЕКТ В БІПОЛЯРНИХ ТРАНЗИСТОРАХ

TENZOREACTIVE EFFECT IN BIPOLAR TRANSISTORS

Сторінки: 192-198. Номер: №1, 2020 (281)
Автори:
О.В. ОСАДЧУК,  В.С. ОСАДЧУК, Я.О. ОСАДЧУК
Вінницький національний технічний університет
A.V. OSADCHUK, V.S. OSADCHUK, I.A. OSADCHUK
Vinnytsia National Technical University
DOI: https://www.doi.org/10.31891/2307-5732-2020-281-1-192-198
Рецензія/Peer review : 25. 01.2020 р.
Надрукована/Printed : 14.02.2020 р.

Анотація мовою оригіналу

В роботі представлено розробку та дослідження елементів теорії тензореактивного ефекту в біполярних тензочутливих транзисторах. Розроблено математичні моделі тензореактивного ефекту, які відрізняються від існуючих тим, що в них враховано вплив тиску на активну і реактивну складові повного опору, які визначають залежність частоти генерації радіовимірювальних частотних перетворювачів від дії тиску. Теоретичні та експериментальні дослідження показали, що активна складова повного опору біполярного транзистора змінюється на  10 Ом/10⁵ Па, а реактивна складова змінюється на 20 Ом/10⁵  Па при зміні тиску на 2 ·10⁵  Па, що є достатньо суттєвим для використання біполярних транзисторів як первинних тензочутливих елементів в радіовимірювальних частотних перетворювачах тиску. В результаті математичного моделювання отримано аналітичні вирази, які можна використати для інженерного розрахунку функції перетворення, рівняння чутливості та інших характеристик радіовимірювальних частотних перетворювачів тиску на основі біполярних тензочутливих транзисторів.
Ключові слова: тензореактивний ефект, радіовимірювальні частотні перетворювачі, тензочутливий біполярний транзистор, тиск, від’ємний диференційний опір.

Розширена анотація англійською мовою

The paper presents the development and research of elements of the theory of the tenzoreactive effect in pressure-sensitive bipolar transistors. Under the action of pressure on a tenzo-sensitive bipolar transistor, which is formed by bending the membrane by ion implantation, the energy of electrons and holes in the conduction band and in the valence band changes, and this, in turn, leads to a change in all parameters of the bipolar transistor. As a result of the pressure, the impedance at the electrodes of the emitter-collector of the transistor changes, which causes a change in the resonant frequency of the radio measuring frequency pressure transducer. Mathematical models of the tenzoreactive effect have been developed, which differ from the existing ones in that they take into account the effect of pressure on the active and reactive components of the impedance, which determine the dependence of the generation frequency of the radio frequency transducers on the effect of pressure. Theoretical and experimental studies have shown that the active component of the impedance of a bipolar transistor changes by 10 Ohm/10⁵ Pa, and the reactive component changes by 20 Ohm/10⁵ Pa when the pressure changes by 2•10⁵ Pa, which is significant enough to use bipolar transistors as primary strain sensors elements in radiomeasuring frequency pressure transducers. As a result of mathematical modelling, analytical expressions are obtained that can be used for the engineering calculation of the conversion function, the sensitivity equation, and other characteristics of radio frequency measuring pressure transducers based on bipolar tenzo-sensitive transistors.
Keywords: tenzoreactive effect, radiomeasuring frequency transducers, tenzo-sensitive bipolar transistor, pressure, negative differential resistance.

References

1. Jackson R.G. Newest Sensors. Moscow: Technosphere, 2007. 384 p.
2. Schaumburg H. Sensoren. Stuttgart.: Teubner, 1992. 517 s.
3. Gothra Z.Y. Microelectronic sensors of physical quantities. In 3 volumes. Lviv: League-Press, 2003. Vol.2. 367 p.
4. Sharapov V. M., Polishchuk E. S. Sensors: Reference manual. Moscow: Technosphere, 2012. 624 p.
5. Osadchuk V. S., Osadchuk A. V. Reactive properties of transistors and transistor circuits. Vinnitsa: Universum-Vinnitsa, 1999. 275 p.
6. Bogush M.V. Design of piezoelectric sensors based on spatial electro-thermoelastic models. Moscow: Technosphere, 2014. 324 p.
7. Khutornenko S., Osadchuk O., Osadchuk I., Vasilchuk D., Semenets D., and Lukin V., (2017) Mathematical model of piezoelectric oscillating system with electrodes of variable nonlinear and constant linear air gap, Telecommunications and Radio Engineering, 76(18), pp. 1639-1648.
8. Osadchuk V.S., Osadchuk O.V., Osadchuk I.A. Microelectronic pressure transducer with frequency output based on tunneling resonance diode // Herald of the Khmelnytsky National University. Technical Sciences, 2015. № 1 (221), p. 97-101.
9. Alexander V. Osadchuk; Vladimir S. Osadchuk; Iaroslav A. Osadchuk; Olena O. Seletska; Piotr Kisała; Karlygash Nurseitova. Theory of photoreactive effect in bipolar and MOSFET transistors // Proceedings Volume 11176, Photonics Applications in Astronomy, Communications, Industry, and High-Energy Physics Experiments 2019; 111761I (2019) https://doi.org/10.1117/12.2538264
10. Osadchuk O.V., Osadchuk I.A. Deformation effects in semiconductor structures // Herald of the Khmelnytsky National University. Technical Sciences. № 2 (211), 2014. P. 146-150.
11. Vikulin I.M., Stafeev V.I. Physics of semiconductor devices. Moscow: Radio and Communications, 1990. 264 p.
12. Zi S. Physics of semiconductor devices. Moscow: World, 1984. T. 2. 486 p.
13. Razevig V.D. Application of P-CAD and Pspice programs for PC circuit simulation. Issue 2. Models of component analogue devices / V.D. Razevig. M.: Radio and Communications, 1992. 64 p.
14. Tugov N.M., Glebov B.A., Charykov N.A. Semiconductor devices. Moscow: Energoatomizdat, 1990. 576 p.
15. Chakhmakhsazyan E. A., Mozgovoy G. P., Silin V. D. Mathematical modeling of bipolar elements of electronic circuits. Moscow: Radio and communications, 1985. 142 p.
16. User’s Guide includes PSpice A/D, PSpice A/D Basics, and PSpice. Cadence Design Systems, Inc. All rights reserved, 2016. 898 p.
17. Dyakonov V.P. MATLAB. Complete tutorial. M.: DMK Press, 2012. 768 p.