Piezoresistiver Effekt
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Der piezoresistive Effekt beruht auf der Veränderung eines spezifischen Widerstands durch mechanische Beanspruchung.
Aufgrund seiner kubischen Gitterstruktur hat Silicium ein isotropes Widerstandsverhalten. Dies ändert sich jedoch unter Einfluss einer mechanischen Spannung.
Silicium ist nur in einem begrenzten Bereich verformbar (spröde), sein elektrischer Widerstand ist jedoch stärker veränderbar.
Eine technische Anwendung des piezoresistiven Effekts ist die Messung von Kraft oder Druck. Der Vorteil im Vergleich zu alternativen Messmethoden wie z.B. mit einem Dehnungsmessstreifen liegt in der hohen Empfindlichkeit. Somit lässt sich mit Silicium eine viel höhere Genauigkeit erzielen. Jedoch ist die Kraftmessung mit Hilfe des piezoresistiven Effekts auf eine maximale Kraft von ca. 100 M Newton begrenzt. Somit lassen sich nur vergleichsweise kleine Kräfte messen. Piezoresistive Sensoren aus Silizium sind aber deutlich günstiger herstellbar als sogenannte Dünnfilmsensoren (Faktor ~ 1:7), womit sich der bevorzugte Einsatz von Silizium für Drucksensoren erklären lässt. Bei den Dünnfilmsensoren verbiegt sich eine metallische Membran (meist Edelstahl) und ruft so eine Änderung des elektrischen Widerstandes hervor, der mittels einer Brückenschaltung gemessen wird.
