第8章半导体传感器ppt课件.ppt

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1、第8章半导体传感器8.1气敏传感器*8.2湿敏传感器*8.3磁敏传感器*8.4色敏传感器8.5半导体传感器的应用１、气敏传感器概念及组成气敏传感器---测定气体的类别、浓度和特定成分，并将其转换为电信号的器件。主要类型---电阻式半导体气体传感器、电容式陶瓷气体传感器、电化学气体传感器等。8.1.1半导体气敏传感器概述主要组成---敏感、识别与信号放大处理。8.1气敏传感器（２）按结构分类干式传感器----使用时必须加热，使电介质和催化剂长期处于高温状态。往往会导致性能劣化。湿式传感器----电极表面浸入电解液中，根据化学反应所引起的变化量(包括颜色的变化，

2、离子量的变化，电流的变化等)来进行检测。2、气敏传感器分类（１）按构成气敏传感器材料的特性分类：半导体和非半导体气敏传感器。（3）半导体气敏传感器的分类表8.1物理特性敏感材料工作温度被测气体电阻型电阻表面电阻控制氧化锡﹑氧化锌室温~450℃可燃性气体体电阻控制氧化钛﹑氧化锡﹑氧化镁300~450℃可燃性气体﹑乙醇﹑氧气非电阻型表面电位氧化银室温硫﹑醇二极管整流特性铂/硫化镉﹑铂/氧化钛室温~450℃氢气﹑一氧化碳乙醇晶体管特性铂栅MOS场效应管150℃氢气﹑硫化氢３、半导体气敏材料与传感器发展概况P型半导体气敏材料----主要载流子是空穴，常用NiO、Cu

3、O、LaFeO3等。气敏传感器发展---随材料科学研究的发展；N型半导体气敏材料----主要载流子是电子，常用Sn02、Fe2O3、ZnO等；发展趋势—一维纳米材料气敏材料，纳米气敏传感器，小型化、集成化、智能化、多功能化。具有小的交叉灵敏度；具有较高的灵敏度和较宽动态响应范围性能稳定，传感器特性不随环境温度﹑湿度的变化而发生变化；重复性好，易于维护等。4、气敏传感器应满足下列要求电阻型半导体气敏传感器工作机理可以用吸附效应来解释。气体接触N型半导体时所导致的敏感器件阻值变化的情况，如图所示；8.1.2半导体气敏传感器工作机理电子吸收型气体：如氧气＼氮氧化物

4、电子供给型气体：如氢气＼ＣＯ＼碳氢化合物▲敏感元件固有电阻R０和工作电阻Rs8.1.3半导体气敏传感器主要参数▲灵敏度表征气敏传感器对被测某气体的敏感程度。用下式表示：其中：Rs(c2)：代表浓度为c2时元件的电阻值；Rs(c1)：表示浓度为c1时元件的电阻值.SA/B-传感器对A气体的选择性系数；KA－传感器在单纯A气体中的灵敏度；KB－气体传感器在单纯B气体中的灵敏度。▲选择性：表示气体传感器对被测气体的识别(选择)以及对干扰气体的抑制能力。表示如下：▲响应时间：表示气敏器件对被检测气体响应速度；▲恢复时间：表示气敏元件对被测气体的脱附速度，用trec表

5、示。半导体气敏传感器结构分为：烧结型、薄膜型和厚膜型。图8.2烧结型半导体气敏传感器结构8.1.4半导体气敏传感器的结构（1）烧结型气敏器件的结构直热式烧结型气体传感器将加热元件与测量电极一同烧结在氧化物材料及催化添加剂的混合体内，加热元件直接对氧化物敏感元件加热。采用陶瓷管做基底，将加热元件装入陶瓷管内，而测量电极、氧化物材料及催化添加剂则烧结在陶瓷管的外壁，加热元件经陶瓷管璧均匀地对氧化物敏感元件加热。旁热式烧结型气敏传感器以石英或陶瓷为绝缘基片，在基片的一面镀上加热元件。在基片的另一面镀上测量电极及氧化物半导体膜。主要特点：传感器一致性好传感器的机械强

6、度较高，制造过程较复杂、成本较高。（2）薄膜型气敏传感器结构（3）厚膜型气敏传感器图8.4厚膜型半导体气敏传感器厚膜型半导体气敏传感器结构SnO2或ZnO+3%~15%硅凝胶－厚膜胶★厚膜型传感器制作工艺是先将氧化物材料与一定比例的黏合剂混合，并加入适量的催化剂制成糊状物，然后将该糊状混合物用丝网印刷工艺印到已印制好加热元件和Pt电极的陶瓷基片上。待自然干燥后，置于高温中煅烧而成。★主要特点机械强度高、各传感器的重复性好、而且生产工艺简单．★上述三种气敏传感器的共同之处是皆附有加热丝，加热的方式有直热式和旁热式。★气敏传感器的电阻变化率与气体浓度变化有关。气

7、敏传感器特点与特性★气敏传感器一般受环境温度、湿度影响。SnO2气敏传感器特性：电阻变化率与气体浓度变化关系SnO2气敏传感器在低浓度下灵敏度较高。适合检测低浓度微量气体。SnO2半导体气敏传感器温度特性２、非电阻型半导体气敏传感器的结构MOS二极管气敏元件结构、等效电路利用MOS二极管的电容－电压特性或MOS场效应晶体管点电压阈值特性随气体成分及浓度变化而改变的机理制成。MOS二极管气敏传感器Ｃ－Ｖ特性总电容外加电压8.2湿敏传感器★绝对湿度：单位体积空气里所含水蒸气质量定义式为Mv为待测空气的水蒸气质量；V为待测空气的总体积；ρ为待测空气的绝对湿度其单位

8、为或8.2.1湿度表示方法★湿度------是指大气