光电子材料 4 第四章节 信息传感材料.ppt

* * * * 半导体热敏电阻材料 PTC材料 BaTiO3基热敏材料：用于家用电器的温度传感器、限流器等。 V2O3基热敏材料：常温电阻率极小，用于大电流领域的过流保护。 NTC材料 低温：AB2O4尖晶石型氧化物半导体陶瓷 常温： AB2O4尖晶石型的含锰氧化物 高温：AO2萤石型、AB2O4尖晶石型、ABO3钙钛矿型和刚玉型。 CTR材料：指在一定温度发生半导体-金属间相变从而呈现负电阻突变特性的一类材料。以VO2为基的半导体材料，广泛应用于火灾报警和温度的报警、控制和测量场合。 线性热敏电阻材料： 指CdO-Sb2O3-WO3系列呈线性电阻温度特性的陶瓷。 * * 3.4 热释电式传感器 热释电效应 当一些晶体受热时，在晶体两端会产生数量相等而符号相反的电荷，从而产生电极化的现象。 通常，晶体自发极化所产生的束缚电荷被来自空气中附着在晶体表面的自由电子所中和，其自发极化电矩不能表现出来。当温度变化时，晶体结构中的正负电荷重心相对移位，自发极化发生变化。热释电效应大小与晶格结构随温度的变化密切相关。 具有热释电效应的晶体称之为热释电体或热释电元件，其常用的材料： 单晶：LiTaO3、 LiNbO3、铌酸锶钡（SBN） 热释电陶瓷：PZT（锆钛酸铅）、PLZT（锆钛酸铅镧） 高分子薄膜：聚氟乙烯、聚偏二氟乙烯 * * 热释电材料 居里温度/ ℃ 介电常数 热释电系数/ ×10-8C/(cm2?K) TGS晶体 49 35 4.0 LaTaO3单晶 618 43~54 1.8~2.3 PZT陶瓷 200~270 380~1800 1.8~2.0 LiNbO3陶瓷 1200 30 0.4~0.5 PbTiO3 470 200 6.0 SBN单晶 115 380 6.5 PVDF有机高分子 120 1.1 0.24 常用热释电材料性能 TGS（硫酸三甘肽）：居里温度低，可溶于水； PbTiO3和LiTaO3：具有较高实用价值。 PZT：锆钛酸铅 SBN：铌酸锶钡 PVDF：聚偏二氟乙烯 * * 光敏传感器通常是指对紫外光到红外光敏感，并能将光能转化成电信号的器件。其工作原理是基于一些物质的光电效应。 外光电效应 在光的作用下，物体内的电子逸出物体表面向外发射的现象。向外发射的电子称为光电子。如光电管、光电倍增管等 4. 光敏传感材料 内光电效应 半导体材料受到光照时会产生电子-空穴对,使其导电性能增强,光线愈强，阻值愈低，这种光照后电阻率发生变化的现象,称为内光电效应。如光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管等。 * * 内光电效应又分光电导效应和光生伏特效应 在入射光的作用下，电子吸收光子能量从键合状态过渡到自由状态，从而引起材料电导率变化的现象，称为光电导效应。 光生伏特效应是利用半导体PN结在光的照射下产生光电动势的现象。当大于禁带宽度的光子照射到PN结后，电子会被激发并在内建电场作用下形成光电动势。 本征光电导：由带间吸收形成的载流子产生的电导 非本征光电导：由束缚在杂质能级上的电子和空穴被激发后形成自由载流子而产生的电导 * * 半导体光电探测器材料 根据半导体知识, 价带中的电子吸收光子能量后, 越过禁带进入导带, 才会产生导电作用。这就决定了半导体红外探测仪响应辐射的临界波长λc : λc = 1.24/ Eg (μm) 其中 Eg 为禁带宽度 (电子伏特) 。 半导体材料的禁带宽度决定了它所制成的探测器的响应波长范围。因此大多数的半导体红外探测仪 对光的吸收是有选择性的; 中、远红外探测仪常工作于低温, 因此需要制冷。 响应时间比其他探测仪要快的多。 * * 半导体光电探测器材料 按使用波长分为 宽禁带紫外光电探测器材料 SiC：禁带宽度高、电子饱和漂移速度高、击穿场强、较高的热导率和化学稳定性。但禁带宽度不可调，截止波长430nm。 金刚石：禁带宽度5.5eV，截止波长225nm，理想的中紫外和远紫外光电探测器材料。但制备难度大、不易掺杂。 GaN：禁带宽度3.4eV，截止波长365nm。可通过外延生长形成AlGaN和InGaN三元合金，调节禁带宽度和截止波长，适于中紫外波段（200～300nm） 此外，还有AlN、InN及其合金，ZnO、ZnS、ZnSe、CdSe、MnO等 * * 短波红外光电探测器材料 用于光通信（1.3～1.65μm）：Ge、InGaAs、InAs等。 用于环保测量和医疗（2～3 μm） ： InAsPSb、InGaAsSb、AlGaAsSb。 中波红外（3～5 μm） InSb（锑化