《半导体传感器》PPT课件

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1、半导体传感器半导体传感器是典型的物理型传感器，它是利用某些材料的电特征的变化实现被测量的直接转换，如改变半导体内载流子的数目。凡是用半导体材料制作的传感器都属于半导体传感器。其中包括：光敏电阻、光敏二极管、光敏晶体管、霍尔元件、磁敏元件、压阻元件、气敏、湿敏等等。1纸品木材烘干湿度传感器芯片生产要求最高的湿度稳定性2气敏传感器湿敏传感器3气敏传感器气敏传感器是用来检测气体浓度和成份的传感器；如：工业天然气、煤气等易燃易爆的安全监测；环境保护，有害、有毒气体监测；酒后驾车，乙醇浓度检测；气敏传感器灵敏度

2、较高，达10-6～10-3数量级，可检测到1/10爆炸下限的可燃气体；由于气体种类很多，性质各不相同，不可能用同一种气体传感器测量所有气体，按半导体的物理特性，可分为电阻型和非电阻型。4半导体气敏传感器工作原理(1)电阻型半导体气敏传感器半导体气敏传感器是利用待测气体与半导体表面接触时，产生的电导率等物理性质变化来检测气体的。按照半导体与气体相互作用时产生的变化只限于半导体表面或深入到半导体内部，可分为表面控制型和体控制型。前者半导体表面吸附的气体与半导体间发生电子接受，结果使半导体的电导率等物理性质

3、发生变化，但内部化学组成不变；后者半导体与气体的反应，使半导体内部组成发生变化，而使电导率变化。5电阻型气敏传感器是利用气体在半导体表面的氧化和还原反应，导致敏感元件阻值变化；如：氧气具有负离子吸附倾向的气体，被称为氧化型气体——电子接收性气体；氢、碳氧化合物、醇类等具有正离子吸附倾向的气体，被称为还原型气体——电子供给性气体。6当氧化型气体吸附到N型半导体上，半导体的载流子减少，电阻率上升；当氧化型气体吸附到P型半导体上，半导体的载流子增多，电阻率下降；当还原型气体吸附到N型半导体上，半导体的载流子

4、增多，电阻率下降；当还原型气体吸附到P型半导体上，半导体的载流子减少，电阻率上升；气体与半导体接触时情况N型半导体多电子P型半导体多空穴7N型半导体吸附气体时器件阻值变化图表示了气体接触N型半导体时所产生的器件阻值变化情况。由于空气中的含氧量大体上是恒定的，因此氧的吸附量也是恒定的，器件阻值也相对固定。若气体浓度发生变化，其阻值也将变化。根据这一特性，可以从阻值的变化得知吸附气体的种类和浓度。8在常温下，电导率变化并不大，达不到检测目的，因此以上结构的气敏元件都有电阻丝加热器;加热时间2～3分钟，加热

5、电源一般为5V;加热方式分为直热式和旁热式。直热式旁热式9组成：敏感元件、加热器、外壳；制造工艺：烧结型、薄膜型、厚膜型。气敏电阻的材料是金属氧化物，合成时加敏感材料和催化剂烧结，这些金属氧化物在常温下是绝缘的，制成半导体后显示气敏特性。金属氧化物有：N型半导体，如：SnO2Fe2O3ZnOTiOP型半导体，如：CoO2PbOMnO2CrO3电阻型半导体气敏传感器导电机理用一句话描述：利用半导体表面因吸附气体引起半导体元件电阻值变化，根据这一特性，从阻值的变化测出气体的种类和浓度。敏感元件10(2)非

6、电阻型半导体气敏传感器非电阻型半导体气敏传感器主要类型：利用MOS二极管的电容—电压特性变化；利用MOS场效应管的阈值电压的变化；利用肖特基金属半导体二极管的势垒变化进行气体检测。111）MOS二极管气敏元件（电容—电压）在P型硅氧化层上蒸发一层钯（Pd）金属膜作电极。氧化层（SiO2）电容Ca是固定不变的。而硅片与氧化层电容Cs是外加电压的功函数，总电容C也是偏压的函数。MOS二极管的等效电容C随电压U变化。金属钯（Pd）对氢气（H2）特别敏感。当Pd吸附金属膜以后，使Pd的功函数下降，使MOS管C

7、—U特性向左平移，利用这一特性用于测定氢气的浓度。122）MOSFET气敏元件Pd对H2吸附性很强，H2吸附在Pd栅上引起的Pd功函数降低。当栅极（G）源极（S）间加正向偏压UGS>UT阀值时，栅极氧化层下的硅从P变为N型，N型区将S（源）和D（漏）连接起来，形成导电通道（N型沟道）此时MOSFET进入工作状态。在S—D间加电压UDS，S—D间有电流IDS流过，IDS随UDS、UGS变化。当UGS

8、FET器件就是利用H2在钯栅极吸附后改变功函数使UT下降，检测H2浓度。133）肖特基二极管金属和半导体接触的界面形成肖特基势垒，构成金属半导体二极管。管子加正偏压，半导体金属的电子流增加，正向导通电阻极小UD＜0.2，加负偏压时UD很大，相当开路几乎无电流。当金属与半导体界面有气体时，势垒降低，电流变化（上升）。金属与半导体界面吸附气体时，影响半导体禁带宽度Eg，二极管正向偏压条件下，气体浓度电流输出电压UR。非电阻型半导体气敏传感器主要用于氢气浓度测