Piezoresistivitet

Piezoresistivitet er egenskapen til visse materialer som endrer elektrisk resistans når de utsettes for mekanisk belastning. Endringen i resistans skjer ved både strekk og kompresjon og er ofte reversibel i elastiske materialer. For små deformasjoner kan forholdet mellom endringen i resistans og den påførte strain beskrives som ΔR/R ≈ GF × ε, der ε er lineær strain og GF er gauge factor.

Årsaken til piezoresistivitet deles mellom metaller og halvledere. I metaller skyldes endringen primært geometriske effekter og små endringer i elektronbevegelse. I halvledere er det betydelige endringer i båndstruktur, mobilitet og dopingskonsentrasjon under påført stress, noe som ofte gir en høyere gauge factor. Materialvalg og krystallorientering påvirker derfor responsen betydelig.

Materialer og implementering. Piezoresistivitet observeres i dopet silisium og andre halvledere, samt i karbonbaserte materialer som karbonnanorør og grafen, i tillegg til enkelte metallfilmer og polymerer. I praksis brukes ofte silikonbaserte sensorer i MEMS, ofte integrert i Wheatstone-broconfigurasjoner for å måle små resistansforandringer med høy nøyaktighet.

Gauge factor og temperatur. Metalliske piezoresistive sensorer har typisk GF rundt 2, mens dopete silisium kan ha GF i området 10–200 avhengig av dopning og orientering. Temperatur påvirker både GF og baseline resistans, noe som krever kalibrering og kompensasjon i måleoppsettet.

Applikasjoner. Piezoresistive sensorer brukes i trykksensorer, belastningsmåler, MEMS-accelerometre og berøringssensorer, samt i elastiske måleenheter og helsesensorer, der det er viktig å kunne måle statiske eller langsiktige endringer i trykk og belastning.