第九章_半导体传感器课件.ppt

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1、第九章半导体传感器天津商业大学姚素芬湿敏传感器1.2第9章半导体传感器气敏传感器9.19.2色敏传感器9.32半导体传感器是典型的物理型传感器。原理：利用某些材料的电特征的变化(如改变半导体内载流子的数目)实现被测量的直接转换的。导电能力的大小是由半导体内载流子数目决定的，利用被测量来改变半导体内载流子数目，就可以构成以半导体为敏感元件的各种传感器。概述其中包括：光敏【光敏电阻、光敏二极管、光敏晶体管（光电效应）】、磁敏【霍尔元件、磁敏元件】、压敏（压阻效应）、热敏（热敏电阻）、气敏、湿敏、色敏等等。第9章半导体传感器3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概述第9章半

2、导体传感器4气敏传感器湿敏传感器概述第9章半导体传感器5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；牙医口臭检查详见P158表9-2气敏传感器灵敏度较高，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（固定电阻值在103-105欧姆范围）和非电阻型（见P153表9-1）。9.1气敏传感器概述6半导体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(变

3、大或变小)而制成的。如：具有负离子吸附倾向的气体，被称为氧化型气体（或电子接收性气体）（如：氧气）；具有正离子吸附倾向的气体，被称为还原型气体（或电子供给性气体）（如：氢、碳氧化合物、醇类等）。一、半导体气敏传感器导电机理9.1气敏传感器7当氧化型型气体吸附到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；N型半导体与气体接触时的氧化还原反应注：气敏时间小于1分钟。练习：画出P型半导体与气体接

4、触时的氧化还原反应9.1气敏传感器一、半导体气敏传感器导电机理8半导体气敏传感器导电机理：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。N型半导体与气体接触时的氧化还原反应例子：SnO2（二氧化锡）N型半导体结构：见P155图9-2，以烧结型为主。主要用于检测可燃的还原性气体如：H2、CO、CH4（甲烷（瓦斯-沼气等的主要成分）注意：1.添加Pd（钯）等杂质的SnO2元件，可在常温下工作，构成烟雾报警器。2.添加不同增感剂可改变传感器对不同气体浓度和成分的敏感度。一、半导体气敏传感器导电机理9.1气敏传感器9半导体气敏传感器导电机

5、理：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。N型半导体与气体接触时的氧化还原反应例子：烧结型S2气敏传感器：在低浓度下灵敏度高，而高浓度下趋于稳定值。非常适适宜检测低浓度微量气体，如：可燃性气体的泄露、定限报警。注意：S2易受温度、湿度影响，所以应用时，要加温、湿度补偿。或选用温、湿度性能好的气敏器件。一、半导体气敏传感器导电机理9.1气敏传感器10二、电阻型半导体气敏传感器组成：敏感元件、加热器、外壳；结构：烧结型、薄膜型、厚膜型（特点见P155）。材料：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

6、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：CoO2（二氧化钴）PbO（氧化铅）MnO2CrO3敏感元件9.1气敏传感器11加热器作用：加速气体吸附和氧化还原反应，提高灵敏度和响应速度；另外使附着在壳面上的油雾、尘埃烧掉。在常温下，电导率变化并不大，达不到检测目的，因此电阻型气敏元件通常工作在高温状态。（气敏元件都有电阻丝加热器）加热时间2～3分钟，一般加热到摄氏200-400度。加热电源一般为5V;加热方式分为内热式和旁热式（特点、产品、符号及见P152）二、电阻型半导体气敏传感器9.1气敏传感器12电阻型气敏元件符号（

7、旁热式）气敏传感器测量电路加热丝测量电极二、电阻型半导体气敏传感器9.1气敏传感器13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；利用肖特基金属半导体二极管的势垒变化进行气体检测；利用MOS场效应管的阈值电压的变化-了解。二、非电阻型半导体气敏传感器9.1气敏传感器141.MOS二极管气敏元件（电容—电压）结构：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是外加电压的函数，总