传感与检测技术_08半导体传感器摘要.ppt

图中的信号X、Y、Z对应于R、G、B 图8.36是根据X、Y、Z大小判断的三色识别电路 ,通过比较电路组合成逻辑a(XY) 、b(YZ) 、c(ZX)再将含这些否定的6种信号译码 图8.36 色彩识别电路 思考题与习题 1．气敏传感器一般分成哪几种，其特点如何？ 2．如何提高半导体气敏传感器对气体的选择性和气体检测灵敏度？ 3．为什么多数气敏传感器都要附有加热器？ 4．什么是绝对湿度，什么是相对湿度？ 5．湿敏传感器主要类型有哪些？有哪几个主要的参数？ 6．简述半导体湿敏陶瓷的导电机理。 7．膜型Fe 3O4湿敏元件和烧结型Fe 3O4湿敏元件各具有什么特性，为什么? 8．MgCr2O4-TiO2半导体陶瓷传感器有那些特点？为什么它具有湿－气多动能特性？ 9．磁敏电阻工作机理是什么？有哪些特点？ 10．试分析磁敏二极管和磁敏三极管的工作原理。 11．现有金属铜、半导体N型硅和P型硅以及磁性金属材料坡莫合金，问哪些材料适合做磁敏电阻？为什么？ 12．磁敏二极管和磁敏三极管的温度补偿分别有哪些方法？各有哪些特点？ 13．半导体色敏传感器是基于什么原理制成的？ 2 常用半导体湿敏电阻 （1）烧结型半导体陶瓷湿敏电阻 半导体陶瓷湿敏传感器结构及等效电路示意图 图8.14 烧结型半导体陶瓷湿敏元件结构 感湿体：MgCr2O4-TiO2 多孔陶瓷 （2）涂覆膜型Fe3O4湿敏元件 ,由金属氧化 物微粒经过堆积、粘结而成的材料; （3）ZnO-Cr2O3陶瓷湿敏元件，其结构是将多孔材料的电极烧结在多孔陶瓷圆片的两表面上，并焊上铂引线，然后将敏感元件装在有网眼过滤的方形塑料盒中并用树脂固定。 8.3 磁敏传感器 8.3.1 磁阻传感器 表达式为: １、磁阻效应 ρB—磁感应强度为B时的电阻率； ρ０—B=0时的电阻率； μ—电子迁移率； B — 磁感应强度。 　包括：霍尔元件、磁阻元件、磁敏二极管、磁敏三极管等。 　　半导体材料的电阻率随外加磁场而变化的现象。 电阻率的相对变化为： 磁感应强度从0变化至B后，电阻率的变化量为： 可见：磁场一定，迁移率越高的材料其磁阻效应越明显。 2、磁敏电阻的形状 L、b—分别为电阻的长度和宽度； —形状效应函数 磁阻效应的大小除了与材料有关外，还与磁敏电阻的几何形状有关。 若考虑几何形状的影响，则电阻率的相对变化可近似用下式表示： 常见的磁敏电阻是圆盘形的，如图8.15. 图8.16为磁阻率与磁感应强度及几何形状的关系 3、磁敏电阻特性 在低磁场范围内，其电阻值与磁场强度的平方成正比关系；在高磁场范围内，其电阻值与磁场强度成线性关系。 1 结构 磁敏二极管(SMD)的结构 8.3.2 磁敏二极管 　　在高阻半导体芯片（本征区I）的两端，分别制作P、N两个电极，形成P-I-N结。 2 工作原理 图8.19 磁敏二极管工作原理 （a）图a未加磁场时，如果外加正偏压，则： ● 同时应有大量电子注入P区，形成电流； ● 只有少量电子和孔穴在I区复合。 ● 有大量的空穴从P区通过I 区进入N区； 图8.19 磁敏二极管工作原理 ● 电子和空穴向r区偏转，在r区电子和空穴复合的速度 很快，它们将因复合而消失； （b） 图b，当受到正向磁场作用时，电子和空穴都受到 洛仑兹力的作用而偏转。 ● 结果：电流减小，电阻增加。 图8.19 磁敏二极管工作原理 （c）图c当受到负向磁场作用时，电子和空穴则向另 一面偏转 ● 此时它们的复合率变小，可使电流增大，电阻减小。 以上分析可知：根据电流大小可测磁场的方向和强度。 3 磁敏二极管的主要特性 (1)磁电特性 在给定条件下，磁敏二极管输出的电压变化与外加磁场的关系 。 图8.21 硅磁敏二极管输出电压与B的关系 (2) 伏安特性 磁敏二极管正向偏压与通过其电流的关系 (3) 灵敏度 U0—磁感应强度为零时，磁敏二极管两端的电压; UB—磁感应强度为B时，磁敏二极管两端的电压 在恒流源偏置下，磁敏二极管的输出电压随磁感应强度B变化而产生的相对变化定义为电压相对灵敏度KL (4) 温度特性 图8.22 硅磁敏二极管输出电压的温度特性 在标准测试条件下，输出电压随温度变化的特性。 磁敏二极管特点 1)灵敏度高。 2)具有正反向磁灵敏度,这是磁阻器件所不具备的 3)在较小电流下工