半导体式传感器.ppt

第二节湿敏传感器还有一种涂覆膜型的湿敏元件，它是由金属氧化物粉末或某些金属氧化物烧结体研成的粉末，通过一定方式的调合、喷洒或涂覆在具有叉指电极的陶瓷基片上面制成的。这类感湿元件的阻值随环境湿度变化非常剧烈。这种特性是由其结构所造成的。由于粉粒之间通常是很松散的“准自由”表面，这种表面都非常有利于水分子附着，特别是粉粒与粉粒之间不太紧密的接触更有利于水分子的附着。极性的、离解力极强的水分子在粉粒接触处的附着将使其接触程度强化，并且接触电阻显著降低。因此环境湿度越高，水分子附着越多，接触电阻就越低。由于接触电阻在湿敏元件中是起主导作用的，所以，随着环境湿度的增加，元件的电阻下降。而且，不论是用负特性型还是正特性型的湿敏瓷粉作为原料，只要其结构是属于粉粒堆集型的，其阻值都将随着环境温度的增高而显著下降，例如，烧结型Fe3O4湿敏电阻具有正特性，而瓷粉膜型Fe3O4湿敏电阻具有负特性。上一页下一页返回第二节湿敏传感器2．典型半导瓷湿敏电阻半导瓷湿敏电阻具有较好的热稳定性，较强的抗沾污能力，能在恶劣、易污染的环境中测得准确的湿度数据，而且还有响应快、使用湿度范围宽(可在150℃以下使用)等优点，在实用中占有很重要的位置。（1）烧结型湿敏电阻烧结型半导瓷湿敏电阻的结构如图7-12所示。其感湿体4为MgCr2TiO2多孔陶瓷，气孔率达30%~40%。多孔电极3的材料为RuO2，RuO2的热膨胀系数与陶瓷相同，因而有良好的附着力。上一页下一页返回第二节湿敏传感器RuO2通过丝网印刷到陶瓷片的两面，在高湿下烧结形成多孔性的电极，孔的平均尺寸大于1μm。MgCr2TiO2属于甲型半导体，其特点是感湿灵敏度适中，电阻率低，阻值湿度特性好。为改善烧结特性和提高元件的机械强度及抗热骤变特性，在原料中加入30%mol的TiO2。这样在1300℃的空气中可烧结成相当理想的瓷体。器件安装在一种高致密、疏水性的陶瓷片底座6上，为避免底座上测量电极a、b之间因吸湿和沾污而引起漏电，在测量电极a、b的周围设置隔漏环。上一页下一页返回第二节湿敏传感器（2）涂覆膜型Fe3O4湿敏器件除上述烧结型陶瓷外还有一种由金属氧化物微粒经过堆积、粘结而成的材料，它也具有较好的感湿特性。用这种材料制做的湿敏器件，一般称为涂覆膜型或瓷粉型湿敏器件。这种湿敏器件有多种品种，其中比较典型且性能较好的是Fe3O4湿敏器件。Fe3O4湿敏器件采用滑石瓷做基片，在基片上用丝网印刷工艺印制成梳状金电极。将纯将的Fe3O4胶粒，用水调制成适当粘度的浆料，然后将其涂覆在已有金电极的基片上，经低温烘干后，引出电极即可使用。上一页下一页返回第二节湿敏传感器涂覆膜型Fe3O4湿敏器件的感湿膜，是结构松散的Fe3O4微粒的集合体。它与烧结陶瓷相比，缺少足够的机械强度。Fe3O4微粒之间，依靠分子力和磁力的作用，构成接触型结合。虽然Fe3O4微粒本身的体电阻较小，但微粒间的接触电阻却很大，这就导致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。上一页返回第三节磁敏传感器一、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。当温度恒定时，在弱磁场范围内，磁阻与磁感应强度的平方成正比。对于只有电子参与导电的最简单的情况，理论推出磁阻效应的表达式为 （7-2）式中：B——磁感应强度； μ——电子迁移率；ρ0——零磁场下的电阻率；ρB——磁感应强度为时的电阻率。下一页返回第三节磁敏传感器设电阻率的变化为，则电阻率的相对变化率为 （7-3）由上式可知，磁场一定时，迁移率高的材料磁阻效应明显。InSb和InAs等半导体的载流子迁移率都很高，更适合于制作磁敏电阻。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。上一页下一页返回第三节磁敏传感器在考虑到形状的影响时，电阻率的相对变化与磁感应强度