大连理工传感器原理及应用-第9章-51报告.ppt

* * * * MQN是代表N型气敏电阻。它是拼音的缩写，计划经济时候制定的国家标准。 * * * 钯—MOS场效应晶体管（Pd-MOSFET）结构。 * * * * * * 在50%~80%相对湿度范围内，电阻与湿度的变化成线性关系。为了扩大湿度测量的线性范围，可以将多个氯化锂（LiCl）含量不同的器件组合使用，如将测量范围分别为（10%～20%）RH、（20%～40%）RH、（40%～70%）RH、 （70%～90%）RH和（80%～99%）RH五种器件配合使用，就可自动地转换完成整个湿度范围的湿度测量。  氯化锂湿敏元件的优点是滞后小，不受测试环境风速影响， 检测精度高达±５%，但其耐热性差，不能用于露点以下测量， 器件性能重复性不理想，使用寿命短。 * * * 当相对湿度从0%RH变化到100%RH时，负特性材料的阻值均下降3个数量级，而正特性材料的阻值只增大了约一倍。 * * * * * * 在具体应用时，应先对该色敏器件进行标定。也就是说，测定不同波长的光照射下该器件中两只光电二极管短路电流的比值ISD2/ISD1。ISD1是浅结二极管的短路电流，它在短波区较大；ISD2是深结二极管的短路电流，它在长波区较大，因而二者的比值与入射单色光波长的关系就可以确定。根据标定的曲线，实测出某一单色光时的短路电流比值， 即可确定该单色光的波长。 * * * * * * * * 工艺：两种以上的金属氧化物半导体材料混合烧结而成为多孔陶瓷。 材料：ZnO-LiO2-V2O5系、Si-Na2O-V2O5系、TiO2-MgO-Cr2O3系、Fe3O4等。 负特性湿敏半导体陶瓷：电阻率随湿度增加而下降。 正特性湿敏半导体陶瓷：电阻率随湿度增加而增大。 三、半导体陶瓷湿敏电阻 §9.2 湿敏传感器 （1）负特性湿敏半导瓷的导电机理 水分子中氢原子具有很强的正电场，水在半导瓷表面吸附时可俘获电子，使半导瓷表面带负电。 1、制作工艺与材料 2、湿敏半导瓷的导电机理 Ｐ型半导体： 水分子吸附使表面电势下降，吸引更多的空穴到达表面，表面层的电阻下降。 1：ZnO-LiO2-V2O5系 2：Si-Na2O-V2O5系 3：TiO2-MgO-Cr2O3系 三、半导体陶瓷湿敏电阻 §9.2 湿敏传感器 （1）负特性湿敏半导瓷的导电机理 Ｎ型半导瓷： 水分子吸附使表面电势下降，不仅使表面层的电子耗尽，同时吸引更多的空穴达到表面层，可使到达表面层的空穴浓度大于电子浓度，出现表面反型层，这些空穴称为反型载流子。 2、湿敏半导瓷的导电机理 1：ZnO-LiO2-V2O5系 2：Si-Na2O-V2O5系 3：TiO2-MgO-Cr2O3系 反型载流子（空穴）在表面迁移而表现出电导特性，使N型半导瓷材料的表面电阻下降。 因此，不论是Ｎ型还是Ｐ型半导瓷，电阻率都随湿度增加而下降。 三、半导体陶瓷湿敏电阻 §9.2 湿敏传感器 （2）正特性湿敏半导瓷的导电机理 正特性湿敏半导瓷材料的结构、电子能量状态与负特性的不同。 当水分子吸附半导瓷表面使电势变负时，导致表面层电子浓度下降，但不足以使空穴浓度增加到出现反型程度，仍以电子导电为主。 电子浓度下降，表面电阻加大。 2、湿敏半导瓷的导电机理 因晶体内部存在低阻支路，正特性半导瓷电阻值升高没有负特性的阻值下降那么明显。 Fe3O4半导瓷 正湿敏特性 因此，这类半导瓷材料的表面电阻随湿度的增加而加大。 （1）MgCr2O4-TiO2湿敏器件 MgCr2O4为Ｐ型半导体，电阻率低，阻值温度特性好。 氧化镁复合氧化物—二氧化钛湿敏材料，制成多孔陶瓷型“湿—电”转换器件，为负特性半导瓷，感湿体是一个多晶多相的混合物。 在MgCr2O4-TiO2陶瓷片的两面涂覆有多孔金电极。 金电极与引出线烧结在一起。电极引线一般采用铂—铱合金。 四、典型半导瓷湿敏器件 §9.2 湿敏传感器 为了减少测量误差，在陶瓷片外设置由镍铬丝制成的加热线圈，以便对器件加热清洗，排除恶劣气氛对器件的污染。 整个器件安在陶瓷基片上。 （2）ZnO-Cr2O3湿敏器件 多孔金电极烧结在多孔陶瓷圆片的两表面上，并焊上铂引线，敏感元件装入有网眼过滤的方形塑料盒中用树脂固定。  ZnO-Cr2O3湿敏传感器可连续稳定地测量湿度，无须加热除污装置，功耗低于0.5Ｗ，体积小，成本低，常用测湿传感器。 四、典型半导瓷湿敏器件 §9.2 湿敏传感器 氯化锂湿敏电阻 第九章 半导体传感器 9.1 气敏传感器 9.2 湿敏传感 9.3 色敏传感器 9.4 半导体传感器应用 半导体色敏器件相当于两只结构不同的光电二极管的组合，浅结的P＋N结；深结的PN结，又称光电双结二极管。 一、半导体色敏器件基本结构 §9.3 色敏传感器 N P 1 1