半導(dǎo)體敏感器件及其應(yīng)用

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1、第八卷第四期山東礦業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)~o1．84JOURNALOFSHANDONGMININGINSTITUTEDEC．19891989年12月半導(dǎo)體敏感器件及其應(yīng)用陳國強(qiáng)(泰山科學(xué)技術(shù)研究院)摘要本文系統(tǒng)介紹了半導(dǎo)體敏感器件的分喪和在各個(gè)領(lǐng)域中的實(shí)際應(yīng)用以及發(fā)展趨勢(shì)。關(guān)鍵詞：敏感電阻器j磁敏器件J力敏器件j壓電器件}霍爾器件}氣敏器件自由詞：傳感器一、傳感技術(shù)在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的重要地位傳感器傲為提高技術(shù)水平和實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)自動(dòng)化的重要工具，越來越廣泛地被人們所重視傳感器在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程控制、資源開發(fā)、環(huán)境保護(hù)、氣象預(yù)報(bào)、全安報(bào)警、醫(yī)療診斷、家用電器科學(xué)預(yù)測(cè)交通控制和信息

2、處理等方面都得到了廣泛的應(yīng)用。在人類進(jìn)入信息社會(huì)的時(shí)代，半導(dǎo)體敏感器件及傳感器，將承擔(dān)著信息采集的重要任務(wù)，它不但能將各種物理的、化學(xué)的、生物的非電信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，而且集成化的敏感器件還能對(duì)信號(hào)進(jìn)行加工處理，使之適合于計(jì)算機(jī)的要求。可以預(yù)料，隨著大規(guī)模集成電路和微機(jī)的迅速普及，半導(dǎo)體敏感器件傳感器又將出現(xiàn)一個(gè)大發(fā)展、大應(yīng)用的新局面。二、半導(dǎo)體敏感器件的分類及其應(yīng)用敏感器件的種類繁多，接其轉(zhuǎn)換的信息性質(zhì)，可分為物理敏、化學(xué)敏、生物敏及物理化學(xué)敏四大類。其中物理敏感器件是目前應(yīng)用最廣泛最普及的一類。常用的有熱敏、光敏、力敏、磁敏、壓敏，濕敏、氣敏等器件，它們

3、用來接收其相應(yīng)的物理量并將其轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。其工作機(jī)理主要是電子過程。在化學(xué)敏生物敏和物理化學(xué)敏感器件申已有氫離子敏，鉀、鈉、鈣、銀離子敏，氰氯、碘離子敏等。酶一FEr敏感器件有葡萄糖一FET、尿素一FET盤尼西林一FET乙醇膽堿-FET等微生物一FET敏感器件有生物化學(xué)耗氧量-FET、細(xì)菌總數(shù)一FET、致變物-FET等，它們的工作機(jī)理主要是離子過程，這類敏感器件是后起之秀。．、，-一J0、．：．．1．半導(dǎo)體熱敏器件是指將溫度和熱輻射信號(hào)轉(zhuǎn)變成電信號(hào)的器件。其分類為有源和無源兩類。熱敏電阻屬無源器件，PN型二極管、晶體管、閘流管等屬于有源器件。目前以熱敏電阻

4、應(yīng)用最廣泛。；~198s年2月24B收蹲72山東礦業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)第八卷與其他熱敏器件相比，熱敏電阻有靈敏廖高、穩(wěn)定性好、過載能力強(qiáng)、價(jià)格低壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)。晶體管熱敏傳感器已商品化，它是把補(bǔ)償電路集成為一個(gè)整體的溫度傳感器。另一種功能化的熱敏可控硅，作為無觸點(diǎn)熱敏開關(guān)已用于溫控、液位檢測(cè)過熱保護(hù)等方面。半導(dǎo)體熱敏器件的種類和用途見附表2．半導(dǎo)體光敏器件是將光信號(hào)轉(zhuǎn)變成電信號(hào)的器件。光敏器件種類繁多，主要有光敏電阻，光敏二極管，光敏三極管，光敏可控硅，象限光敏管、色敏器件、光偶合器件、遠(yuǎn)紅外檢測(cè)器和CCD攝象器等，光敏器件已成為自動(dòng)控制通信、宇航、家電、科學(xué)計(jì)測(cè)等領(lǐng)

5、域中不可缺少的關(guān)鍵器件。光電導(dǎo)型傳感器已被廣泛應(yīng)用，其種類和用途見表1在光敏器件中，光伏型比光電導(dǎo)型性能優(yōu)良，我國已能生產(chǎn)各種類型的光敏電阻，光敏二、三極管，光偶臺(tái)器，硅光電池和CCD攝象器件等，目前光敏器件的發(fā)展特點(diǎn)是向多樣l+。'化、圖象化方向發(fā)展。3．半導(dǎo)體力敏器件是指將壓力、轉(zhuǎn)矩、流量、荷重、速度、位移等非電量信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的器件。它是利用半導(dǎo)體材料曲壓阻效應(yīng)制成的一種敏感器件。由于采用了硅平面工藝所以易于集成化易于與微機(jī)接口，力敏器件按用途可分為：壓力傳感器、差壓傳感器、荷重傳感器、張力傳感器液位傳感器、流量傳感器和醫(yī)用傳感器等多種，見表l。力

6、敏器件的應(yīng)用十分廣泛發(fā)展非常迅速，195@年美國利用半導(dǎo)體硅的壓阻效應(yīng)制成第一代半導(dǎo)體應(yīng)變片，邵力敏電阻以來到了70年代初期，美、荷蘭等國利用硅的壓阻效應(yīng)和集成電路技術(shù)，先后制成第二代半導(dǎo)體傳感器(即在幾毫米硅芯片上同時(shí)集成力敏電阻全檢式的微型力敏傳感器)，84年美國庫剝特公司把信息處理電路同力敏全橋電阻集成在幾毫米硅片上，生產(chǎn)出第三代產(chǎn)品，同年美國又推出一種力敏、溫敏集成傳感器，即在同一芯片上集成壓力、溫度傳感器、信號(hào)處理電路、緩沖電路等，這種集成力敏傳感器，能測(cè)壓力和檢測(cè)絕對(duì)壓力差壓，溫度三種參數(shù)。第四代產(chǎn)品將是具有自動(dòng)測(cè)量和判斷功能的“智能半導(dǎo)體力敏

7、傳感器”。4．半導(dǎo)體磁敏器件是指將磁學(xué)物理量轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的一種敏感器件。它是利用半導(dǎo)體材料的霍爾效應(yīng)，磁阻效應(yīng)研制的，因此一般叫霍爾器件磁阻器件。這種磁敏器件的發(fā)展也非常快，其應(yīng)甩也很廣泛，見表1當(dāng)前霍爾元件已由Insb材料改用溫度特性好的GaAs材料，集成霍爾傳感器是把硅霍爾元件、前置放太器、施密特觸發(fā)器輸出緩沖電路和分放大電璐集成在一小塊硅片上而成這種傳感器不僅使信號(hào)強(qiáng)度大大增加而且使傳感器具有較強(qiáng)的抗干擾能力。我國磁敏器件的品種基本齊全，其中結(jié)型磁敏器件已趕上國外先進(jìn)水平5．半導(dǎo)體電壓敏感器件一電壓敏感器件是利用壓電材料的壓電效應(yīng)研制的一種敏感器件，

8、電壓敏感器件一般是指半導(dǎo)體壓敏電阻器。是一種當(dāng)電壓超過某一臨界值時(shí)