湿敏12月.doc

传感器课程设计 题目： 姓名： 张 虎 学号： 0705010611 班级： 测控 07—6班 Pt_TiO2 二极管湿敏传感器 　 Pt常被用来在金属氧化物半导体上做肖特基接触. 在常温下,Pt_TiO2界面处的电子电导对Pt_TiO2肖特基势垒高度的变化非常敏感.本设计描述了利用该性质制造的湿敏传感器的性能,并讨论了因水在Pt_TiO2界面处的化学吸附,引起表面态费米能级改变, 影响Pt_TiO2肖特基势垒的高度,从而导致了I-V 曲线的变化的物理过程, 对器件制造过程中的工艺问题也有所论述. 湿敏传感器已经广泛地用于工业制造、医疗卫生、林业和畜牧业等各个领域。在家用电器中用于生活区的环境条件监控、食品烹调器具和干燥机的控制等等。表一中列出了陶瓷湿敏传感器的主要应用领域，以及它们的工作温度和可测控的湿度范围。 陶瓷湿敏传感器的有潜力的应用对象是家用空调器、微波炉、防止视频录像机的受潮以及一些其他家用电器。在种植业的暖房中，最佳的蔬菜生长条件不仅使植物的生长和成熟周期缩短了，而且通过湿度的调节可以防止有害病变的发生。在许多工业领域中需要进行干燥处理，通过控制相对湿度的方法，可以保持最佳的干燥条件，因而可以在节约能耗的条件下，确保被干燥产品的质量一致性。 食品味道的改变在很大程度上与其中水份含量有关，控制水份含量就能保持所生产食品的质量。在食品制造工业中，对生产线的在线过程全都需要对水份含量进行监测。 湿敏传感器同样也用于电子工业。在生产工艺过程中必须对静电事故给予特别的关注。静电电荷的数量与湿度有直接关系，出于这个原因，在电子工业中必须将湿度调控在一个特定的范围内。 在广泛使用湿度传感器时，也必须考虑到，传感器需要和测量电路连接使用，所以，对电路也要求能在足够宽的湿度和环境温度范围内保持高精度和高稳定性。 传统的半导体湿敏器件主要有烧结型半导体陶瓷湿敏器件, 涂覆膜型陶瓷湿敏器件和多孔氧化物器件. 结型器件工作时需要加热, 后两种器件的性能随时间会有一定的漂移随着计算机技术的发展, 半导体生产技术的提高和对器件微型化, 集成化要求的日趋迫切,利用肖特基或PN 结二极管整流特性随环境湿度变化的陶瓷湿敏器件, 湿敏结型器件和MOS栅极涂膜型的器件因容易集成的优点而受到重视，本设计所叙述的Pt-TiO2肖特基接触的湿敏传感器是利用Pt_TiO2金半接触I-V 特性曲线随湿度变化而制作的器件.它具有便于集成,响应快,结构简单及工作温度低等特点. 半导体陶瓷湿敏电阻 结构：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。 分类： (1)、按照电阻率与湿度的关系 负特性湿敏半导体陶瓷：电阻率随湿度增加而下降，如ZnO-LiO2-V2O5系、Si-Na2O-V2O5系、TiO2-MgO-Cr2O3系等。 正特性湿敏半导体陶瓷：电阻率随湿度增大而增大，如Fe3O4等。 2) 根据水分子在半导瓷表面的作用 分为离子型和电子型 离子型：由绝缘材料制成的多孔陶瓷元件由于水在微孔中的物理吸附作用，在潮湿气氛中出现H+离子，使元件的电导率变化。目前已有两种处于实用阶段，一种是以α-Fe2O3及K2CO3为主要成分,另一种以ZnO、V2O5、Li2O为主要成分。 以α-Fe2O3及K2CO3为主要成分的陶瓷湿敏传感器的电阻与湿度的关系 ： 电子型：利用水分子在氧化物表面上的化学吸附导致元件电导率变化。元件的电导率是增加还是减小,决定于氧化物半导体是N型或P型。 如氧化锆-氧化镁陶瓷湿敏传感器是最近研制出来的一种能在高温环境下进行湿度检测的电子型湿敏传感器,它是一种多孔质N型半导体材料。 氧化锆-氧化镁陶瓷湿敏传感器的结构： 湿敏元件的四周装有电热元件,能将陶瓷加热到300～700 ℃的工作温度,使传感器在高温下检测水蒸气,并且能烧掉粘附在元件表面上的污物。 该类传感器已应用于食品加工、空气调节器和干燥器等设备中。 正特性湿敏半导瓷的导电机理: 当水分子附着在半导瓷的表面使电动势变负时, 导致其表面层电子浓度下降, 但还不足以使表面层的空穴浓度增加到出现反型程度, 此时仍以电子导电为主。于是, 表面电阻将由于电子浓度下降而加大, 这类半导瓷材料的表面电阻将随湿度的增加而加大。通常湿敏半导瓷材料都是多孔的, 表面电导占的比例很大, 故表面层电阻的升高, 必将引起总电阻值的明显升高。由于晶体内部低阻支路仍然存在, 正特性半导瓷的总电阻值的升高没有负特性材料的阻值下降得那么明显。 陶瓷湿敏传感器的优点：湿度滞后小, 响应速度不超过10～15 s, 便于批量生产。 陶瓷湿敏传感器的缺点：其长期可靠性较差, 易受环境温度影响。 2　器件的制备 所用的TiO