下载文档原格式
半导体温度传感器电子教案第一章：半导体温度传感器简介1.1 温度传感器的作用1.2 半导体温度传感器的分类1.3 半导体温度传感器的工作原理1.4 半导体温度传感器的主要性能指标第二章：热敏电阻温度传感器2.1 热敏电阻的原理与特点2.2 热敏电阻的温度特性2.3 热敏电阻的应用实例2.4 热敏电阻的选型与使用注意事项第三章：热电偶温度传感器3.1 热电偶的原理与分类3.2 热电偶的温度特性3.3 热电偶的冷端补偿技术3.4 热电偶的应用实例第四章：集成温度传感器4.1 集成温度传感器的原理与特点4.2 常见集成温度传感器的类型4.3 集成温度传感器的应用实例4.4 集成温度传感器的选型与使用注意事项第五章：半导体温度传感器的测量电路5.1 半导体温度传感器的信号处理电路5.2 半导体温度传感器的接口电路5.3 半导体温度传感器的电路设计实例5.4 半导体温度传感器的测量误差分析与减小方法第六章：半导体温度传感器的编程与应用6.1 半导体温度传感器的编程接口6.2 常见编程语言的半导体温度传感器应用实例6.3 基于半导体温度传感器的温度监控系统设计6.4 半导体温度传感器在物联网中的应用第七章：半导体温度传感器在工业领域的应用7.1 半导体温度传感器在制造过程中的应用7.2 半导体温度传感器在电力系统中的应用7.3 半导体温度传感器在交通运输领域的应用7.4 半导体温度传感器在环境保护领域的应用第八章：半导体温度传感器的故障诊断与维护8.1 半导体温度传感器的故障类型及原因8.2 半导体温度传感器的故障诊断方法8.3 半导体温度传感器的维护与保养8.4 半导体温度传感器的故障处理实例第九章：半导体温度传感器的发展趋势9.1 半导体温度传感器技术的发展趋势9.2 半导体温度传感器的创新应用9.3 我国半导体温度传感器产业的发展现状与展望9.4 半导体温度传感器在国际市场的竞争格局第十章：实战训练与案例分析10.1 半导体温度传感器的实验设计与实践10.2 半导体温度传感器应用案例分析10.3 半导体温度传感器在工程项目中的应用实例10.4 半导体温度传感器教学与实践相结合的案例分享重点和难点解析重点环节1：半导体温度传感器的工作原理解析：理解半导体温度传感器的工作原理是学习其应用和编程的基础。
半导体温度传感器原理
半导体温度传感器是一种利用半导体材料特性来测量温度的装置。
其原理是基于热电效应或者温度对半导体材料电学特性的影响。
1. 热电效应原理
半导体材料的导电性质随温度的变化而发生改变。
这种特性被称为热电效应。
利用热电效应，可以测量半导体材料与环境温度的差异。
具体而言，当一个半导体材料的两端温度不同时，电子在半导体中会随着温度梯度而从热端向冷端流动，从而形成了一个电势差。
以差分方式测量这个电势差，可以得到温度的信息。
2. 温度对电阻的影响原理
半导体材料的电阻随温度的变化而发生改变。
这种特性被称为正温度系数。
利用温度对电阻的影响原理，可以通过测量半导体材料的电阻变化来推断温度的变化。
一般情况下，半导体材料的电阻会随温度的升高而增加，这个关系可以通过电阻温度系数来表示。
通过测量半导体材料电阻的变化，可以计算出相应的温度。
综上所述，半导体温度传感器利用半导体材料特性与温度的关联，通过测量热电效应或电阻变化来获得温度信息。
这种传感器具有响应速度快、尺寸小、精度高的优点，在很多应用领域都被广泛采用。
半导体温度传感器传感器是一种物理装置或生物器官，能够探测、感受外界的信号、物理条件（如光、热、湿度）或化学组成（如烟雾），并将探知的信息传递给其他装置或器官。
国家标准GB766587对传感器下的定义是：“能感受规定的被测量件并按照一定的规律转换成可用信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成”o传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将检测感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。
它是实现自动检测和自动控制的首要环节。
传感器属于信息技术的前沿尖端产品，尤其是温度传感器被广泛用于工农业生产、科学研究和生活等领域,数量高居各种传感器之首。
半导体传感器是利用某些半导体的电阻随温度变化而变化的特性制成的。
半导体具有很宽的温度反应特性,各种半导体的温度反应区段不同。
传感器的作用人们为了从外界获取信息，必须借助于感觉器官。
而单靠人们自身的感觉器官，在研究自然现象和规律以及生产活动中它们的功能就远远不够了。
为适应这种情况，就需要传感器。
因此可以说，传感器是人类五官的延长，又称之为电五官。
新技术革命的到来，世界开始进入信息时代。
在利用信息的过程中，首先要解决的就是要获取准确可靠的信息，而传感器是获取自然和生产领域中信息的主要途径与手段。
在现代工业生产尤其是自动化生产过程中，要用各种传感器来监视和控制生产过程中的各个参数，使设备工作在正常状态或最佳状态，并使产品达到最好的质量。
因此可以说，没有众多的优良的传感器，现代化生产也就失去了基础。
在基础学科研究中，传感器更具有突出的地位。
现代科学技术的发展，进入了许多新领域：例如在宏观上要观察上千光年的茫茫宇宙，微观上要观察小到cm的粒子世界，纵向上要观察长达数十万年的天体演化，短到s的瞬间反应。
此外，还出现了对深化物质认识、开拓新能源、新材料等具有重要作用的各种极端技术研究，如超高温、超低温、超高压、超高真空、超强磁场、超弱磁场等等。
简谈温度传感器及研究进展摘要：温度传感器是使用范围最广，数量最多的传感器，在日常生活，工业生产等领域都扮演着十分重要的角色。
从17世纪温度传感器首次应用以来，依次诞生了接触式温度传感器，非接触式温度传感器，集成温度传感器。
近年来在智能温度传感器在半导体技术，材料技术等新技术的支持下，温度传感器发展迅速。
由于智能温度传感器的软件和硬件的合理配合既可以大大增强传感器的功能、提高传感器的精度，又可以使温度传感器的结构更为简单和紧凑，使用更加方便，因此智能温度传感器是当今的一个研究热点。
微处理器的引入，使得温度信号的采集，记忆，存储，综合，处理与控制一体化，使温度传感器向智能化方向发展。
关键词：温度传感器；智能温度传感器；接触式温度传感器中图分类号：TP212.1 文献标识码：AAbstract:temperature transducer is used most widely, the largest number of sensors, in daily life, such as industrial production field plays a very important role.Since the 17th century temperature sensor for the first time application, was born in turn contact temperature sensor, non-contact temperature sensor, integrated temperature sensor.Intelligent temperature sensor in recent years in semiconductor technology, materials technology, under the support of new technologies such as the temperature sensor is developing rapidly.Due to the software and hardware of the intelligent temperature sensor reasonable matching can greatly enhance the function of the sensor, improve the precision of the sensor, and can make the temperature sensor has simple and compact structure, use more convenient, thus intelligent temperature sensor is a hot spot nowadays.The introduction of the microprocessor, which makes the temperature signal collection, memory, storage, comprehensive, processing and control integration, make the temperature sensor to the intelligent direction.Key words：temperature transducer; Smart temperature sensor; Contact temperature sensors前言：温度作为国际单位制的七个基本量之一，测量温度的传感器的各种各样，温度传感器是温度测量仪表的核心部分，十分重要。
半导体和传感器的关系半导体是一种特殊材料，具有介于导体和绝缘体之间的导电性能。
传感器是一种能够感知和测量物理量或环境信息的设备。
半导体和传感器之间存在着密切的关系，半导体技术的发展为传感器的功能和性能提供了强大支持，而传感器的需求也推动了半导体技术的进一步发展。
半导体材料的特性使其成为传感器的理想选择。
半导体材料的导电性能可以受到外部环境的影响而发生变化，这使得它可以被用于制造各种类型的传感器。
例如，温度传感器利用半导体材料的电阻随温度变化的特性，来测量物体的温度。
光敏传感器则利用半导体材料的光电效应，将光信号转化为电信号。
由于半导体材料可以通过控制其材料的成分和结构来调整其特性，因此可以根据具体的传感器应用需求来设计和制造不同类型的传感器。
半导体技术的进步为传感器的功能和性能提供了强大的支持。
随着半导体技术的不断发展，集成电路的规模不断缩小，功耗不断降低，性能不断提升。
这使得传感器可以更加小型化、高灵敏度、低功耗。
例如，微机电系统（MEMS）传感器利用半导体微纳加工技术，将传感器集成在芯片上，实现了体积小、功耗低、性能优越的传感器。
半导体技术的进步还为传感器提供了更多的功能集成，使得传感器可以同时测量多个物理量或环境信息，满足多样化的应用需求。
传感器的需求也推动了半导体技术的进一步发展。
传感器在各个领域有着广泛的应用，如工业自动化、汽车、医疗、智能手机等。
随着传感器需求的增加，对于半导体技术的要求也越来越高。
例如，汽车领域对传感器的需求日益增长，要求传感器具有更高的可靠性、更广的工作温度范围、更低的功耗等性能。
这就推动了半导体技术在材料、工艺、封装等方面的不断创新和进步，以满足传感器应用的需求。
半导体和传感器之间存在着密切的关系。
半导体材料的特性使其成为传感器的理想选择，而半导体技术的进步为传感器的功能和性能提供了强大的支持。
同时，传感器的需求也推动了半导体技术的进一步发展。
半导体和传感器的不断发展和创新，将为我们带来更多更先进的传感器技术，推动物联网、智能制造等领域的发展。
AD590温度传感器简介AD590是一种集成温度传感器（类似的芯片还有LM35等），其实质是一种半导体集成电路。
它利用晶体管的b-e结压降的不饱和值VRE 与热力学温度T和通过发射极电流I的下述关系实现对温度的检测。
式中，k是波耳兹曼常数；q是电子电荷绝对值。
集成温度传感器的线性度好、精度适中、灵敏度高、体积小、使用方便，得到广泛应用。
集成温度传感器的输出形式分为电压输出和电流输出两种。
电压输出型的灵敏度一般为10mV/K（温度变化热力学温度1度输出变化10mV），温度0K时输出0，温度25℃时输出2.9815V。
电流输出型的灵敏度一般为1µA/K，25℃时输出298.15µA。
AD590是美国模拟器件公司生产的单片集成两端温度传感器。
它主要特性如下：1）流过器件电流的微安数等于器件所处环境温度的热力学温度（开尔文）度数，即式中，IT为流过器件（AD590）的电流，单位为µA；T为温度，单位为K。
2）AD590的测量范围为-55~+150℃。
3）AD590的电源电压范围为4~30V。
电源电压从4~6V变化，电流IT变化1µA，相当温度变化1K。
AD590可以承受44V正向电压和20V的反向电压。
因而器件反接也不会损坏。
4）输出电阻为710MΩ。
5）AD590在出厂前已经校准，精度高。
AD590共有I、J、K、L、M五挡。
其中M档精度最高，在-55~+150℃范围内，非线性误差为±0.3℃。
I档误差较大，误差为±10℃，应用时应校正。
由于AD590的精度高、价格低、不需辅助电源、线性度好，因此常用于测量和热电偶的冷端补偿。
pn结温度传感器的原理1. 概述pn结温度传感器是一种基于半导体材料的温度测量装置，其原理是利用pn结在不同温度下的电学特性变化来反映环境温度的变化。
该传感器具有响应速度快、精度高、稳定性好等优点，在工业自动化、医疗设备、电子仪器等领域得到广泛应用。
2. pn结的基本原理pn结是半导体器件中最常见的一种结构，由p型半导体和n型半导体组成。
在pn结中，p型区域富含空穴，n型区域富含自由电子，两者相遇时会发生扩散作用，使得空穴和自由电子重新组合并释放出能量。
这个过程产生了一个内建电场，在平衡状态下，内建电场会抵消扩散运动所带来的电荷移动，形成静态平衡。
3. pn结的温度特性随着温度升高，晶体中的原子振动加剧，扰乱了晶格中原子之间的距离和键长。
这会影响到pn结内部电荷分布情况和内建电场强度，从而改变pn结的电学特性。
具体来说，随着温度升高，pn结的内建电场减弱，空间电荷区域扩散，导致逆向饱和电流增加；同时正向电阻降低，导通电流增大。
这些变化可以被利用来测量环境温度。
4. pn结温度传感器的工作原理pn结温度传感器通常由一个p型半导体和一个n型半导体组成。
当两个半导体连接在一起时，形成了一个pn结。
通过将pn结连接到一个适当的电路中，并施加适当的偏置电压，可以测量出pn结上的正向电流和反向饱和电流。
根据上述第3点所述的原理，在不同温度下，pn 结的正向电阻和反向饱和电流会发生变化。
5. pn结温度传感器的制作工艺制作pn结温度传感器需要选用高纯度、均匀性好、掺杂浓度稳定的半导体材料。
首先，在p型半导体上进行掺杂n型材料，并在n型区域上形成金属接触点；然后，在n型区域表面涂覆一层绝缘材料，以保护电极和提高稳定性。
最后，在整个芯片表面覆盖一层金属或聚合物材料，以提高散热效果和保护芯片。
6. pn结温度传感器的应用pn结温度传感器可以广泛应用于各种环境温度测量场合，如工业自动化、医疗设备、电子仪器等领域。
它具有响应速度快、精度高、稳定性好等优点，且体积小、重量轻，易于集成和安装。
半导体温度传感器及其芯片集成技术
作者：林凡， 吴孙桃， 郭东辉
作者单位：厦门大学,福建,厦门,361005
刊名：
仪表技术与传感器
英文刊名：INSTRUMENT TECHNIQUE AND SENSOR
年，卷(期)：2003，(12)
被引用次数：1次
1.BIANCHI R A.KARAM J M CMOS-compatible temperature sensor with digital output for wide temlaerature range applications 2000
2.W. Wo jciak.NAPIERALSKI A An analogue tamperature sensor integrated in the CMOS technology 1995
3.V. Szekdy.RENCA M CMOS temperature sensors and built-in test circuitry for thermal testing of ICs 1998
4.ARABI K.KAMINSKA B Built-in temperature sensors for on-line thermal monitoring of microelectronic structures 1997
5.P. Miribel-Catala.E. Montane MOSFET-based temperature sensor for standard BCD smart power technology 2001
6.PERTIJS M A P.BAKKER A A high-accuracy temperature sensor with second-orcler curvature correction and digital bus interface 2001
7.Product data of ADI,NSC,HARRIS,Telcom,mAxIM,DALLAS etc
8.MEIJER G C M.WANGGJ.FRUETT F Temperature sensors and voltage refferences implemented in CMOS technology 2001(3)
1.期刊论文张洵.靳东明.刘理天.ZHANG Xun.JIN Dong-ming.LIU Li-tian半导体温度传感器研究进展综述-传感
器与微系统2006,25(3)
半导体温度传感器体积小、功耗低,且能与其他外围控制电路集成在同一芯片上,其应用领域广阔.评述了各种半导体温度传感器的基本实现方式、发展现状,总结了现有各种设计方法中的关键技术及其存在的问题和改进方向.
2.期刊论文徐宁.余世杰.杜少武.Xu Ning.Yu Shijie.Du Shaowu新型便携式太阳总辐射仪的研制-太阳能学报
2000,21(1)
介绍了新型便携式太阳总辐射仪的设计与实现方法.它可实现瞬时太阳辐照度和一天至一周内太阳辐照度的测量与显示,同时还可实现现场环境温度的测量与显示.它由一个超低功耗智能型带12位A/D转换器和传感器宏编程语言解释程序的信号处理器和MAXIM低功耗集成电路与硅太阳电池及半导体温度传感器组成.通过对实测结果的分析,该仪器令人满意.
3.学位论文陆婷婷一种MEMS温度传感器的设计2008
温度传感器是工农业生产和科学研究过程中最常用的传感器之一，种类繁多，大致可分为传统分立式传感器和半导体温度传感器。
近年来，在微电子技术和微机械加工技术基础上发展起来的MEMS传感器与传统的传感器相比，体积小、重量轻，易与IC工艺结合，而与一般的半导体传感器相比工作温度范围大，因此具有很大的优势。
1.提出一种新型的MEMS温度传感器，采用由导体/介质层/导体组成的多层梁固体可变电容结构。
多层梁固体可变电容的上下极板分别为金属和硅
，中间介质层为二氧化硅。
在温度变化时，梁的各层材料因热膨胀系数失配而产生热应力，使梁发生弯曲形变。
极板面积和间距的变化以及中间介质层在热应力作用下由于电致伸缩增强效应引起的介电常数的变化使得电容值发生改变，实现了温度-电容的转换。
这种基于热机械效应的MEMS温度传感器，与IC工艺兼容，体积小，成本低，其测温范围宽，可适合一些恶劣环境的测量。
由于采用电容检测，可以方便地与气压、湿度等电容型传感器互换接口，这也是本温度传感器的优点之一。
利用按层分析法对多层梁的二维模型进行理论计算，和ANSYS软件模拟出来的结果基本一致。
模拟了传感器尺寸与性能的关系曲线，得出选用大面积，低厚度的梁，能够最大限度的提高传感器的灵敏度。
定量计算了极板间距变化和面积变化引起的电容变化量。
2.温度传感器的工艺设计方面涉及多种单步IC和MEMS工艺，力求与标准CMOS工艺相兼容。
详细介绍了主要的加工工艺——键合、光刻、各向异性腐蚀和干法刻蚀的相关工艺以及具体的操作方法，制作出了多层悬臂梁结构的温度传感器，三层膜分别为Al、SiO2和低阻硅。
3.通过2次实际工艺流水制作出了多层膜电容式温度传感器的样品，并搭建了简易的测试系统，对其性能进行测试，实际测试了尺寸为
1500μm×300μm和2000μm×500μm的样品。
在-40℃～90℃的温度范围内，灵敏度分别为3.5fF/℃和7.6fF/℃。
电容由介电常数变化引起的电容变化量分别为0.42pF、0.892pF，而由几何形变产生的电容变化量约为0.03pF、O.098pF。
分析结果表明：介电常数变化是引起的电容变化的主要原因，极板间距的变化对电容变化的贡献可忽略。
4.对下一步的研究工作做了总结并提出了不足和建议。
1.王俭.施教芳.林志浩CPU芯片温升与其使用率关系研究[期刊论文]-微电子学与计算机 2008(4)
本文链接：/Periodical_ybjsycgq200312001.aspx
授权使用：郑州大学(zzdx)，授权号：44ccfca5-2611-4963-94d4-9eb2000ab008
下载时间：2011年3月26日。
