第12章+半导体式物性传感器.ppt

Fe3O4感湿膜的整体电阻很高。当水分子透过松散结构的感湿膜而吸附在微粒表面上时，将扩大微粒间的面接触，导致接触电阻的减小；因而这种器件具有负感湿特性。 Fe3O4湿敏器件的主要优点是在常温、常湿下性能比较稳定；有较强的抗结露能力；在全湿范围内有相当一致的湿敏特性，而且其工艺简单，价格便宜。 其主要缺点是响应缓慢，并有明显的湿滞效应。 第三节 磁敏传感器 磁敏传感器是基于磁电转换原理的传感器。 早在1856年和1879年就发现了磁阻效应和霍 尔效应，但作为实用的磁敏传感器则产生于半 导体材料发现之后。60年代初，西门子公司研 制出第一个实用的磁敏元件；1966年又出现 了铁磁性薄膜磁阻元件；1968年索尼公司研 制成性能优良、灵敏度高的磁敏二极管；1974年 美国韦冈德发明了双稳态磁性元件。 一、磁敏电阻器 1. 磁阻效应 将一载流导体置于外磁场中，除了产生霍尔效 应外，其电阻也会随磁场而变化，这种现象称为 磁电阻效应，简称磁阻效应。磁敏电阻器就是利 用磁阻效应制成的一种磁敏元件。 磁阻效应的表达式为 B——磁感应强度； μ——载流子迁移率； ρ0——零磁场下的电阻率； ρB——磁感应强度为B时的电阻率。 　　　 设电阻率的变化为Δρ=ρＢ－ρ0，则电 阻率的相对变化率为 由上式可知，磁场一定时，迁移率高的材料 磁阻效应明显。 　　 2. 磁敏电阻的形状 磁阻的大小除了与材料有关外，还和磁敏电阻的几何形状有关。常见的磁敏电阻是圆盘形的，中心和边缘处为两电极。这种圆盘形磁阻器叫科尔比诺圆盘。其磁阻效应叫科尔比诺效应。 考虑到形状的影响时，电阻率的相对变化与磁感应强度和迁移率的关系，可以用下式表示 f（L/b）——形状效应系数， L、b分别为磁敏电阻的长度和宽度 　　　　　 各种形状的磁敏电阻器，其磁阻RB与磁感应强 度的关系如图 图中R0为B=0时的电阻值。 。 3. 磁敏电阻的应用 磁敏电阻的应用非常广泛。除了用它做成 探头，配上简单线路可以探测各种磁场外，在 测量方面还可制成位移检测器、角度检测器、 功率计、安培计等。此外，可用磁敏电阻制成 交流放大器、振荡器等。 二、磁敏二极管（SMD） 磁敏二极管的结构原理如图 在高阻半导体芯片（本征型I）两端， 分别制作P、N两个电极，形成P-I-N 结。 P、N都为重掺杂区，本征区I 的长度较长。同时对I区的两侧面进行不同 的处理。一个侧面磨成光滑面，另一面打 毛。由于粗糙的表面处容易使电子－空穴 对复合而消失，我们称之为r面，这样就构 成了磁敏二极管。 高复合面与光滑面的复合率差别愈大，磁敏二极管的灵 敏度也就愈高。磁敏二极管在不同的磁场强度和方向下的 伏安特性如图 磁敏二极管与其他磁敏器件相比，具有以下 特点： 1）灵敏度高 磁敏二极管的灵敏度比霍尔元件高几百甚至上千倍，而且线路简单，成本低廉，更适合于测量弱磁场。 2）具有正反磁灵敏度 这一点是磁阻器件所欠缺的。故磁敏二极管可用作无触点开关。 3）灵敏度与磁场关系呈线性的范围比较窄 这一点不如霍尔元件。 第四节　色敏传感器 半导体色敏传感器是半导体光敏器件的一 种。它也是基于半导体的内光效应，将光信号 变成为电信号的光辐射探测器件。但是不管是 光电导器件还是光生伏特效应器件，它们检测 的都是在一定波长范围内光的强度，或者说光 子的数目。而半导体色敏器件则可用来直接测 量从可见光到近红外波段内单色辐射的波长。 一.半导体色敏传感器的基本原理 半导体色敏传感器相当于两只结构不同的光 电二极管的组合，故又称双结光电二极管。其 结构原理及等效电路如图 第十二章　半导体式物性传感器 1970年，荷兰科学家Bergveld研制出了对氢离子响应的离子敏感场效应晶体管，标志着离子敏半导体传感器的诞生。 由于电子技术的飞速发展，以半导体传感器为代表的各种固态传感器相继问世。这类传感器主要是以半导体为敏感材料，在各种物理量的作用下引起半导体材料内载流子浓度或分布的变化，通过检测这些物理特性的变化，即可反映被测参数值。 与各种结构型传感器相比，具有如下特点： 1）由于传感器原理是基于物理变化的，因而没有相对运动部件，可以做到结构简单，微型化。 2）灵敏度高，动态性能好，输出为电物理量。 3）采用半导体为敏感材料容易实现传感器集成化和智能化。 4）功耗低，安全可靠。 半导体传感器也存在以下一些缺点： 1）线性范围窄，在精度要求高的场合应采用线性化补偿电路。 2）与所有半导体元件一