第8章半導(dǎo)體傳感器ppt課件.ppt

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1、第8章半導(dǎo)體傳感器8.1氣敏傳感器*8.2濕敏傳感器*8.3磁敏傳感器*8.4色敏傳感器8.5半導(dǎo)體傳感器的應(yīng)用１、氣敏傳感器概念及組成氣敏傳感器---測(cè)定氣體的類別、濃度和特定成分，并將其轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的器件。主要類型---電阻式半導(dǎo)體氣體傳感器、電容式陶瓷氣體傳感器、電化學(xué)氣體傳感器等。8.1.1半導(dǎo)體氣敏傳感器概述主要組成---敏感、識(shí)別與信號(hào)放大處理。8.1氣敏傳感器（２）按結(jié)構(gòu)分類干式傳感器----使用時(shí)必須加熱，使電介質(zhì)和催化劑長(zhǎng)期處于高溫狀態(tài)。往往會(huì)導(dǎo)致性能劣化。濕式傳感器----電極表面浸入電解液中，根據(jù)化學(xué)反應(yīng)所引起的變化量(包括顏色的變化，

2、離子量的變化，電流的變化等)來進(jìn)行檢測(cè)。2、氣敏傳感器分類（１）按構(gòu)成氣敏傳感器材料的特性分類：半導(dǎo)體和非半導(dǎo)體氣敏傳感器。（3）半導(dǎo)體氣敏傳感器的分類表8.1物理特性敏感材料工作溫度被測(cè)氣體電阻型電阻表面電阻控制氧化錫﹑氧化鋅室溫~450℃可燃性氣體體電阻控制氧化鈦﹑氧化錫﹑氧化鎂300~450℃可燃性氣體﹑乙醇﹑氧氣非電阻型表面電位氧化銀室溫硫﹑醇二極管整流特性鉑/硫化鎘﹑鉑/氧化鈦室溫~450℃氫氣﹑一氧化碳乙醇晶體管特性鉑柵MOS場(chǎng)效應(yīng)管150℃氫氣﹑硫化氫３、半導(dǎo)體氣敏材料與傳感器發(fā)展概況P型半導(dǎo)體氣敏材料----主要載流子是空穴，常用NiO、Cu

3、O、LaFeO3等。氣敏傳感器發(fā)展---隨材料科學(xué)研究的發(fā)展；N型半導(dǎo)體氣敏材料----主要載流子是電子，常用Sn02、Fe2O3、ZnO等；發(fā)展趨勢(shì)—一維納米材料氣敏材料，納米氣敏傳感器，小型化、集成化、智能化、多功能化。具有小的交叉靈敏度；具有較高的靈敏度和較寬動(dòng)態(tài)響應(yīng)范圍性能穩(wěn)定，傳感器特性不隨環(huán)境溫度﹑濕度的變化而發(fā)生變化；重復(fù)性好，易于維護(hù)等。4、氣敏傳感器應(yīng)滿足下列要求電阻型半導(dǎo)體氣敏傳感器工作機(jī)理可以用吸附效應(yīng)來解釋。氣體接觸N型半導(dǎo)體時(shí)所導(dǎo)致的敏感器件阻值變化的情況，如圖所示；8.1.2半導(dǎo)體氣敏傳感器工作機(jī)理電子吸收型氣體：如氧氣＼氮氧化物

4、電子供給型氣體：如氫氣＼ＣＯ＼碳?xì)浠衔铩舾性逃须娮鑂０和工作電阻Rs8.1.3半導(dǎo)體氣敏傳感器主要參數(shù)▲靈敏度表征氣敏傳感器對(duì)被測(cè)某氣體的敏感程度。用下式表示：其中：Rs(c2)：代表濃度為c2時(shí)元件的電阻值；Rs(c1)：表示濃度為c1時(shí)元件的電阻值.SA/B-傳感器對(duì)A氣體的選擇性系數(shù)；KA－傳感器在單純A氣體中的靈敏度；KB－氣體傳感器在單純B氣體中的靈敏度?！x擇性：表示氣體傳感器對(duì)被測(cè)氣體的識(shí)別(選擇)以及對(duì)干擾氣體的抑制能力。表示如下：▲響應(yīng)時(shí)間：表示氣敏器件對(duì)被檢測(cè)氣體響應(yīng)速度；▲恢復(fù)時(shí)間：表示氣敏元件對(duì)被測(cè)氣體的脫附速度，用trec表

5、示。半導(dǎo)體氣敏傳感器結(jié)構(gòu)分為：燒結(jié)型、薄膜型和厚膜型。圖8.2燒結(jié)型半導(dǎo)體氣敏傳感器結(jié)構(gòu)8.1.4半導(dǎo)體氣敏傳感器的結(jié)構(gòu)（1）燒結(jié)型氣敏器件的結(jié)構(gòu)直熱式燒結(jié)型氣體傳感器將加熱元件與測(cè)量電極一同燒結(jié)在氧化物材料及催化添加劑的混合體內(nèi)，加熱元件直接對(duì)氧化物敏感元件加熱。采用陶瓷管做基底，將加熱元件裝入陶瓷管內(nèi)，而測(cè)量電極、氧化物材料及催化添加劑則燒結(jié)在陶瓷管的外壁，加熱元件經(jīng)陶瓷管璧均勻地對(duì)氧化物敏感元件加熱。旁熱式燒結(jié)型氣敏傳感器以石英或陶瓷為絕緣基片，在基片的一面鍍上加熱元件。在基片的另一面鍍上測(cè)量電極及氧化物半導(dǎo)體膜。主要特點(diǎn)：傳感器一致性好傳感器的機(jī)械強(qiáng)

6、度較高，制造過程較復(fù)雜、成本較高。（2）薄膜型氣敏傳感器結(jié)構(gòu)（3）厚膜型氣敏傳感器圖8.4厚膜型半導(dǎo)體氣敏傳感器厚膜型半導(dǎo)體氣敏傳感器結(jié)構(gòu)SnO2或ZnO+3%~15%硅凝膠－厚膜膠★厚膜型傳感器制作工藝是先將氧化物材料與一定比例的黏合劑混合，并加入適量的催化劑制成糊狀物，然后將該糊狀混合物用絲網(wǎng)印刷工藝印到已印制好加熱元件和Pt電極的陶瓷基片上。待自然干燥后，置于高溫中煅燒而成?！镏饕攸c(diǎn)機(jī)械強(qiáng)度高、各傳感器的重復(fù)性好、而且生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單．★上述三種氣敏傳感器的共同之處是皆附有加熱絲，加熱的方式有直熱式和旁熱式?！餁饷魝鞲衅鞯碾娮枳兓逝c氣體濃度變化有關(guān)。氣

7、敏傳感器特點(diǎn)與特性★氣敏傳感器一般受環(huán)境溫度、濕度影響。SnO2氣敏傳感器特性：電阻變化率與氣體濃度變化關(guān)系SnO2氣敏傳感器在低濃度下靈敏度較高。適合檢測(cè)低濃度微量氣體。SnO2半導(dǎo)體氣敏傳感器溫度特性２、非電阻型半導(dǎo)體氣敏傳感器的結(jié)構(gòu)MOS二極管氣敏元件結(jié)構(gòu)、等效電路利用MOS二極管的電容－電壓特性或MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管點(diǎn)電壓閾值特性隨氣體成分及濃度變化而改變的機(jī)理制成。MOS二極管氣敏傳感器Ｃ－Ｖ特性總電容外加電壓8.2濕敏傳感器★絕對(duì)濕度：?jiǎn)挝惑w積空氣里所含水蒸氣質(zhì)量定義式為Mv為待測(cè)空氣的水蒸氣質(zhì)量；V為待測(cè)空氣的總體積；ρ為待測(cè)空氣的絕對(duì)濕度其單位

8、為或8.2.1濕度表示方法★濕度------是指大氣