半导体敏感器件及其应用

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1、第八卷第四期山东矿业学院学报~o1．84JOURNALOFSHANDONGMININGINSTITUTEDEC．19891989年12月半导体敏感器件及其应用陈国强(泰山科学技术研究院)摘要本文系统介绍了半导体敏感器件的分丧和在各个领域中的实际应用以及发展趋势。关键词：敏感电阻器j磁敏器件J力敏器件j压电器件}霍尔器件}气敏器件自由词：传感器一、传感技术在工农业生产中的重要地位传感器傲为提高技术水平和实现生产自动化的重要工具，越来越广泛地被人们所重视传感器在工农业生产过程控制、资源开发、环境保护、气象预报、全安报警、医疗诊断、家用电器科学预测交通控制和信息

2、处理等方面都得到了广泛的应用。在人类进入信息社会的时代，半导体敏感器件及传感器，将承担着信息采集的重要任务，它不但能将各种物理的、化学的、生物的非电信号转换为电信号，而且集成化的敏感器件还能对信号进行加工处理，使之适合于计算机的要求。可以预料，随着大规模集成电路和微机的迅速普及，半导体敏感器件传感器又将出现一个大发展、大应用的新局面。二、半导体敏感器件的分类及其应用敏感器件的种类繁多，接其转换的信息性质，可分为物理敏、化学敏、生物敏及物理化学敏四大类。其中物理敏感器件是目前应用最广泛最普及的一类。常用的有热敏、光敏、力敏、磁敏、压敏，湿敏、气敏等器件，它们

3、用来接收其相应的物理量并将其转换成电信号。其工作机理主要是电子过程。在化学敏生物敏和物理化学敏感器件申已有氢离子敏，钾、钠、钙、银离子敏，氰氯、碘离子敏等。酶一FEr敏感器件有葡萄糖一FET、尿素一FET盘尼西林一FET乙醇胆碱-FET等微生物一FET敏感器件有生物化学耗氧量-FET、细菌总数一FET、致变物-FET等，它们的工作机理主要是离子过程，这类敏感器件是后起之秀。．、，-一J0、．：．．1．半导体热敏器件是指将温度和热辐射信号转变成电信号的器件。其分类为有源和无源两类。热敏电阻属无源器件，PN型二极管、晶体管、闸流管等属于有源器件。目前以热敏电阻

4、应用最广泛。；~198s年2月24B收蹲72山东矿业学院学报第八卷与其他热敏器件相比，热敏电阻有灵敏廖高、稳定性好、过载能力强、价格低寿命长等特点。晶体管热敏传感器已商品化，它是把补偿电路集成为一个整体的温度传感器。另一种功能化的热敏可控硅，作为无触点热敏开关已用于温控、液位检测过热保护等方面。半导体热敏器件的种类和用途见附表2．半导体光敏器件是将光信号转变成电信号的器件。光敏器件种类繁多，主要有光敏电阻，光敏二极管，光敏三极管，光敏可控硅，象限光敏管、色敏器件、光偶合器件、远红外检测器和CCD摄象器等，光敏器件已成为自动控制通信、宇航、家电、科学计测等领

5、域中不可缺少的关键器件。光电导型传感器已被广泛应用，其种类和用途见表1在光敏器件中，光伏型比光电导型性能优良，我国已能生产各种类型的光敏电阻，光敏二、三极管，光偶台器，硅光电池和CCD摄象器件等，目前光敏器件的发展特点是向多样l+。'化、图象化方向发展。3．半导体力敏器件是指将压力、转矩、流量、荷重、速度、位移等非电量信号转换成电信号的器件。它是利用半导体材料曲压阻效应制成的一种敏感器件。由于采用了硅平面工艺所以易于集成化易于与微机接口，力敏器件按用途可分为：压力传感器、差压传感器、荷重传感器、张力传感器液位传感器、流量传感器和医用传感器等多种，见表l。力

6、敏器件的应用十分广泛发展非常迅速，195@年美国利用半导体硅的压阻效应制成第一代半导体应变片，邵力敏电阻以来到了70年代初期，美、荷兰等国利用硅的压阻效应和集成电路技术，先后制成第二代半导体传感器(即在几毫米硅芯片上同时集成力敏电阻全检式的微型力敏传感器)，84年美国库剥特公司把信息处理电路同力敏全桥电阻集成在几毫米硅片上，生产出第三代产品，同年美国又推出一种力敏、温敏集成传感器，即在同一芯片上集成压力、温度传感器、信号处理电路、缓冲电路等，这种集成力敏传感器，能测压力和检测绝对压力差压，温度三种参数。第四代产品将是具有自动测量和判断功能的“智能半导体力敏

7、传感器”。4．半导体磁敏器件是指将磁学物理量转换成电信号的一种敏感器件。它是利用半导体材料的霍尔效应，磁阻效应研制的，因此一般叫霍尔器件磁阻器件。这种磁敏器件的发展也非常快，其应甩也很广泛，见表1当前霍尔元件已由Insb材料改用温度特性好的GaAs材料，集成霍尔传感器是把硅霍尔元件、前置放太器、施密特触发器输出缓冲电路和分放大电璐集成在一小块硅片上而成这种传感器不仅使信号强度大大增加而且使传感器具有较强的抗干扰能力。我国磁敏器件的品种基本齐全，其中结型磁敏器件已赶上国外先进水平5．半导体电压敏感器件一电压敏感器件是利用压电材料的压电效应研制的一种敏感器件，

8、电压敏感器件一般是指半导体压敏电阻器。是一种当电压超过某一临界值时