¿Qué es un sensor piezorresistivo?

Un sensor piezorresistivo es un dispositivo que utiliza cambios en la resistividad de ciertos materiales semiconductores cuando se someten a tensión mecánica para efectuar una acción electrónica. Este fenómeno piezorresistivo se basa en la tendencia de estos materiales a sufrir cambios en sus características resistivas latentes cuando se flexionan por exposición a presión o tensión. Esto provoca un cambio correspondiente en cualquier corriente eléctrica que pase a través del dispositivo, lo que se traduce en una medición o lectura. Los materiales semiconductores comúnmente utilizados en dispositivos piezorresistivos son generalmente las mismas familias metálicas y de silicona básicas que se utilizan en la mayoría de los componentes electrónicos. Estos componentes están disponibles con una amplia gama de características de sensibilidad para adaptarse a los requisitos de diversas industrias.

Cuando ciertos materiales semiconductores se exponen a tensión mecánica, su resistividad, o capacidad básica para oponerse al flujo de corriente eléctrica, cambia. Este cambio en el carácter resistivo de los materiales obviamente cambia su valor específico de resistencia. Esto da como resultado un aumento o disminución de la corriente que pasa a través del dispositivo que luego se usa para indicar o medir la tensión involucrada. El efecto piezorresistivo se aprovecha para crear una gama de dispositivos semiconductores sensibles a la desviación que se utilizan para registrar y medir las fuerzas que inducen tensión, como la aceleración y la presión.

Este tipo de sensor generalmente se construye con sustratos semiconductores como germanio, silicona policristalina, silicona amorfa y silicona monocristalina. Un sensor típico consta de un diafragma semiconductor sensible a la presión con varios contactos n+ y p+ conectados a él. La corriente eléctrica pasa a través de la oblea a una velocidad que depende de su resistencia. Esta transferencia de corriente y la lectura resultante difieren según los cambios de resistencia en el componente cuando el diafragma se expone a presión. Estos sensores varían en complejidad desde piezoresistores simples con rango limitado y estabilidad de temperatura hasta Piezo-FET altamente estables y precisos.

El sensor piezorresistivo se utiliza en una amplia variedad de aplicaciones que implican la medición de tensión mecánica. La industria automotriz los emplea como sensores de vacío y presión o para indicar los niveles de aceite y gas. También se utilizan en el campo médico en dispositivos como equipos de medición de la presión arterial. Los medidores de profundidad utilizados por los buceadores de aguas profundas también emplean tecnología de sensor piezorresistivo para producir lecturas de profundidad precisas. Estos dispositivos también se utilizan en altímetros de aeronaves e instrumentos de presión barométrica.

Los sensores dependientes de la presión de este tipo también se utilizan a menudo en instrumentos de medición electrónicos que utilizan circuitos y componentes como el puente de Wheatstone y los transistores bipolares. Los acelerómetros utilizados para medir la orientación posicional, la aceleración y las fuerzas de vibración también utilizan tecnología de sensor piezorresistivo para producir sus lecturas. Esta tecnología también se ha abierto camino en el entorno doméstico con muchos fabricantes de lavavajillas, aspiradoras y lavadoras que la utilizan en sus productos.