大连理工传感器原理及应用第9章51课件.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。 * * 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 2 3 2 P+ 3 半导体色敏器件 一、半导体色敏器件基本结构 §9.3 色敏传感器 光在半导体中传播时的衰减是由于价带电子吸收光子而从价带跃迁到导带的结果，这种吸收光子的过程称为本征吸收。 本征吸收系数： 半导体的本征吸收系数随入射光波长不同而变化。在红外部分吸收系数小，紫外部分吸收系数大。 因此，波长短的光子衰减快，穿透深度较浅；而波长长的光子则能进入硅的较深区域。 1、本征吸收 吸收系