《传感器与检测技术》第九章半导体传感器.ppt

二、色敏传感器的特性 1．光谱特性 半导体色敏器件的光谱特性是表示它所能检测的波长范围，不同型号之间略有差别。 2．短路电流比—波长特性 （a）光谱特性图 （b）短路电流比—波长特性 半导体色敏器件特性 3．温度特性 由于半导体色敏器件测定的是两只光电二极管短路电流之比，而这两只光电二极管是做在同一块材料上的，具有相同的温度系数，这种内部补偿作用使半导体色敏器件的短路电流比对温度不十分敏感，所以通常可不考虑温度的影响。 三、色敏传感器的应用 由色敏半导体传感器、两路对数电路及运算放大器OP3构成。 自动颜色信号处理电路 作业与思考题 1．简要说明气体传感器有哪些种类，并说明它们各自的工作原理和特点。 2．说明含水量检测与一般的湿度检测有什么不同。 3．烟雾检测与一般的气体检测有什么不同。 4．根据所学知识试画出自动吸排油烟机的电路原理框图，并分析其工作过程。 5．目前湿度检测研究的主要方向是什么。 6．举例说明你看到的半导体传感器，画出功能框图，并分析其工作原理。 7．湿敏传感器有哪些种类，并说明它们各自的工作原理和特点。 8．色敏传感器有哪些用途，并说明它们各自的工作原理。 第九章 半导体传感器 9.1 气敏传感器 9.2 湿敏传感器 9.3 色敏传感器 第一节 气敏传感器 一、气敏电阻工作原理 1．气敏电阻的材料 气敏电阻的材料是金属氧化物，在合成材料时，通过化学计量比的偏离和杂质缺陷制成。 金属氧化物半导体：N型半导体，如氧化锡、氧化铁、氧化锌、氧化钨等； P型半导体，如氧化钴、氧化铅、氧化铜、氧化镍等。 为了提高某种气敏元件对某些气体成分的选择性和灵敏度，合成材料有时还渗入了催化剂，如钯（Pd）、铂（Pt）、银（Ag）等。 金属氧化物在常温下是绝缘的，制成半导体后却显示气敏特性。 2．气敏电阻的工作过程 气敏元件通常工作在高温状态（200~450℃），目的是为了加速上述的氧化还原反应。 3．气敏电阻的结构与工作电路 在低浓度下灵敏度高，而高浓度下趋于稳定值。 因此，常用来检查可燃性气体泄漏并报警等。 二、气敏元件的结构 1．烧结型气敏元件 将元件的电极和加热器均埋在金属氧化物气敏材料中，经加热成型后低温烧结而成。 常用的是氧化锡（SnO2）烧结型气敏元件 3．厚膜型气敏元件 采用真空镀膜或溅射方法，在石英或陶瓷基片上制成金属氧化物薄膜（厚度0.1μm以下），构成薄膜型气敏元件。 这种元件有良好的选择性，工作温度在400~500℃的较高温度。 2．薄膜型气敏元件 将气敏材料（如SnO2、ZnO）与一定比例的硅凝胶混制成能印刷的厚膜胶。 三、气敏传感器的分类 1．气敏传感器的应用场合 2．气敏传感器及其应用 （1）表面控制型气体传感器 常用的材料为氧化锡和氧化锌等较难还原的氧化物，也有研究用有机半导体材料的。 一旦器件与被测气体接触，就会与吸附的氧起反应，将被氧束缚的电子释放出来，使敏感膜表面电导率增大，器件电阻减少。 （2）体电阻控制型气体传感器 体控制型电阻式气体传感器是利用体电阻的变化来检测气体的半导体器件。 检测对象主要有：液化石油气，主要是丙烷；煤气，主要是CO、H2；天然气，主要是甲烷。 工作时要提供加热电源。 （3）非电阻型气体传感器 二极管气体传感器是利用一些气体被金属与半导体的界面吸收，对半导体禁带宽度或金属的功函数的影响，而使二极管整流特性发生性质变化而制成。 电容型气体传感器是根据CaO-BaTiO3等复合氧化物随CO2浓度变化、其静电容量有很大变化而制成。 四、气体传感器的应用 该测试仪只要被试者向传感器吹一口气，便可显示出醉酒的程度，确定被试者是否还适宜驾驶车辆。 1．实用酒精测试仪 2．气体报警器 家用气体报警器电路 采用直热式气敏器件TGS109作气体传感器。 3．自动空气净化换气扇 自动换气扇电路原理图 用于空气净化的自动换气扇。 第二节 湿敏传感器 湿敏传感器常用于精密仪器、半导体集成电路与元器件制造场所，在气象预报、医疗卫生、食品加工等行业都有广泛的应用。 湿敏传感器是利用空气水分子对材料的影响制成的测量空气中水份的传感器，其中比较常用的是半导体陶瓷型的湿敏电阻，此外，还有电解质型、有机高分子型等。 一、湿敏电阻的工作原理 1．湿敏半导体陶瓷的导电机理 半导体陶瓷湿敏电阻通常是用两种以上的金属氧化物半导体材料混合烧结而成的多孔陶瓷。 这些材料有ZnO-LiO2-V2O5系、Si-Na2O-V2O5系、TiO2-MgO-Cr2O3系、Fe3O4等。 （1）负特性湿敏半导瓷 半导瓷为Ｎ型，则由于水分子的附着使表面电势下降 Ｐ型半导体，则由于水分子吸附使表面电势下降 几种半导瓷湿敏负特性 正特性半导瓷