Qu'est-ce qu'un capteur piézorésistif ?

Un capteur piézorésistif est un dispositif qui utilise les changements de résistivité de certains matériaux semi-conducteurs lorsqu'ils sont soumis à une contrainte mécanique pour effectuer une action électronique. Ce phénomène piézorésistif est basé sur la tendance de ces matériaux à subir des changements dans leurs caractéristiques résistives latentes lorsqu'ils sont fléchis par exposition à une pression ou à une contrainte. Cela provoque un changement correspondant dans tout courant électrique traversant l'appareil qui se traduit par une mesure ou une lecture. Les matériaux semi-conducteurs couramment utilisés dans les dispositifs piézorésistifs sont généralement les mêmes familles métalliques et silicones de base utilisées dans la plupart des composants électroniques. Ces composants sont disponibles avec une large gamme de caractéristiques de sensibilité pour répondre aux exigences de diverses industries.

Lorsque certains matériaux semi-conducteurs sont exposés à des contraintes mécaniques, leur résistivité, ou capacité de base à s'opposer au flux de courant électrique, change. Cette modification du caractère résistif du matériau modifie évidemment sa valeur de résistance spécifique. Il en résulte une augmentation ou une diminution de tout courant traversant l'appareil qui est ensuite utilisé pour indiquer ou mesurer la contrainte impliquée. L'effet piézorésistif est exploité pour créer une gamme de dispositifs semi-conducteurs sensibles à la déflexion utilisés pour enregistrer et mesurer les forces induisant des contraintes telles que l'accélération et la pression.

Ce type de capteur est généralement constitué de substrats semi-conducteurs tels que le germanium, le silicone polycristallin, le silicone amorphe et le silicone monocristallin. Un capteur typique se compose d'un diaphragme semi-conducteur sensible à la pression auquel sont attachés plusieurs contacts n+ et p+. Le courant électrique traverse la plaquette à un rythme dépendant de sa résistance. Ce transfert de courant et la lecture qui en résulte diffèrent en fonction des changements de résistance dans le composant lorsque le diaphragme est exposé à la pression. Ces capteurs varient en complexité, allant de simples piézorésistances avec une plage et une stabilité de température limitées à des Piezo-FET hautement stables et précis.

Le capteur piézorésistif est utilisé dans une grande variété d'applications impliquant la mesure de contraintes mécaniques. L'industrie automobile les utilise comme capteurs de vide et de pression ou pour donner une indication des niveaux d'huile et de gaz. Ils sont également utilisés dans le domaine médical dans des appareils tels que les équipements de mesure de la pression artérielle. Les jauges de profondeur utilisées par les plongeurs en haute mer utilisent également la technologie des capteurs piézorésistifs pour produire des relevés de profondeur précis. Ces dispositifs sont également utilisés dans les altimètres d'avion et les instruments de pression barométrique.

Les capteurs dépendant de la pression de ce type sont également souvent utilisés dans les instruments de mesure électroniques qui utilisent des circuits et des composants tels que le pont de Wheatstone et les transistors bipolaires. Les accéléromètres utilisés pour mesurer l'orientation de position, l'accélération et les forces de vibration utilisent également la technologie des capteurs piézorésistifs pour produire leurs lectures. Cette technologie a également trouvé sa place dans l'environnement domestique avec de nombreux fabricants de lave-vaisselle, d'aspirateurs et de machines à laver qui les utilisent dans leurs produits.