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第12章 半导体式物性传感器

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半导体传感器的原理技术论文

半导体传感器的原理技术论文

半导体传感器的原理、应用及发展作者摘要：本文主要评述半导体传感器例如磁敏，色敏，离子敏，气敏，湿敏的传感器的原理，在机械工程中的应用及目前的发展前景。

关键词：半导体传感器，磁敏、色敏、离子敏、气敏、湿敏、工作原理、现状、发展趋势、应用Principle, application and development of semiconductor sensorAuthor（Department of mechanical and electrical engineering, Hunan Institute of Science and T echnology, Hunan 414000, China;）Abstract:in this paper, the principle of semiconductor sensors, such as magneto sensitive, color sensitive, ion sensitive, gas sensitive, humidity sensitive sensors, is introduced.Keywords: semiconductor sensor, magnetic sensitive, color sensitive, ion sensitive, gas sensitive, humidity sensitive, working principle, current situation, development trend, application半导体传感器的原理、应用及发展 --------------------------------------------------------------------一、概述 --------------------------------------------------------------------------------------------------二、分类 --------------------------------------------------------------------------------------------------1、磁敏传感器 ------------------------------------------------------------------------------------磁敏传感器的工作原理-----------------------------------------------------------------------1.磁敏电阻器 ----------------------------------------------------------------------------------2.磁敏二极管 ----------------------------------------------------------------------------------3.霍尔传感器 ----------------------------------------------------------------------------------磁敏传感器的发展与应用 --------------------------------------------------------------------2、色敏传感器 ------------------------------------------------------------------------------------色敏传感器工作原理--------------------------------------------------------------------------1. 光敏二极管工作原理----------------------------------------------------------------------色敏传感器的应用 ----------------------------------------------------------------------------3、离子敏传感器----------------------------------------------------------------------------------离子敏传感器工作原理-----------------------------------------------------------------------1.ISFET的工作原理---------------------------------------------------------------------------2. 离子敏感膜---------------------------------------------------------------------------------离子敏传感器的应用--------------------------------------------------------------------------4、气敏传感器--------------------------------------------------------------------------------------气敏传感器的工作原理-----------------------------------------------------------------------1.电阻型气敏原件-----------------------------------------------------------------------------2.非电阻型半导体气敏传感器 ---------------------------------------------------------------气敏传感器应用 -------------------------------------------------------------------------------5、湿敏传感器--------------------------------------------------------------------------------------湿敏传感器工作原理-------------------------------------------------------------------------1.氯化锂湿敏电阻-----------------------------------------------------------------------------2.半导体陶瓷湿敏电阻---------------------------------------------------------------------负特性湿敏半导瓷的导电机理--------------------------------------------------------------正特性湿敏半导瓷的导电机理---------------------------------------------------------------典型半导瓷湿敏元件-------------------------------------------------------------------------湿敏传感器的应用 ---------------------------------------------------------------------------三、半导体传感器的现状与发展趋势 ----------------------------------------------------------------一、概述由于电子技术的飞速发展，以半导体传感器为代表的各种固态传感器相继问世，半导体传感器以其易于实现集成化，微型化，灵敏度高等诸多优点，一直引起世界各国科学家的重视和兴趣，并且越来越多的应用于各个行业。

物性型传感器课件

物性型传感器课件
结构与工作原理
霍尔传感器通常由半导体材料和电极组成，电极用于测量电压变化。 磁场变化引起半导体材料中载流子运动，进而引起电压变化。
应用
霍尔传感器广泛应用于磁场测量、电流检测等领域。
CHAPTER 06
物性型传感器应用案例
电子称重系统
总结词
电子称重系统是物性型传感器的重要应用之一，能够实 现高精度、高稳定性的称重测量。
总结词
流量测量系统是通过对流体流量进行监测，实现流量控制和计量等功能。
详细描述
流量测量系统由流量传感器、信号处理单元、显示或控制单元等组成，能够实时 监测流体的流量变化，并输出相应的电信号或数字信号。广泛应用于石油化工、 电力、水处理等领域。
振动监测系统
总结词
振动监测系统是通过对设备或结构的振动进行监测，实现故 障诊断和状态监测等功能。
详细描述
电子称重系统由称重传感器、放大器、显示仪表等组成， 能够将物体质量转化为电信号进行测量和记录。其优点 包括高精度、高稳定性、快速响应等，广泛应用于工业、 商业、医疗等领域。
压力监测系统
总结词
压力监测系统是通过对气体或液体的压力进行监测， 实现压力控制和报警等功能。
详细描述
压力监测系统由压力传感器、信号处理单元、显示或控 制单元等组成，能够实时监测气体或液体的压力变化， 并输出相应的电信号或数字信号。广泛应用于工业过程 控制、气体分析、环保监测等领域。
结构与工作原理 磁性编码器通常由磁极和磁性颗粒组成。磁极用于产生磁 场，磁场中的磁性颗粒受到磁力作用而排列。通过测量磁 性颗粒的排列变化可以获取位置信息。
应用 磁性编码器广泛应用于旋转编码器、角度测量等领域。
霍尔传感器
霍尔效应
霍尔效应是指电流通过半导体材料时，垂直于电流方向产生电压的 现象。霍尔传感器利用这一效应，将磁场变化转换为电信号。

第九章-半导体式传感器可编辑全文

第九章-半导体式传感器可编辑全文
湿体的周围设置一个加热器。加热温度为450℃,加
热时间为1分钟。为保证传感器的测量精度,需要对湿 度传感器定时进行加热清洗。
负湿度系数
按指数规律下降
(a)电阻-湿度特性
(b)电阻-温度特性
图9.6 MgCrO4―TiO2系陶瓷湿度传感器的特性
注意：
烧结型Fe3O4湿敏元件的阻值会随湿度的
增加而加大，具有正特性。
正湿度系数
高分子湿敏元件
❖ 能做成湿敏元件的高分子材料有醋酸纤维素、聚胺 树脂、聚乙烯醇、羟乙基纤维等。高分子湿敏元件 有电容式、电阻式、石英振动式等。
❖ 电容式湿敏元件所用到的高分子材料是醋酸纤维素， 高分子吸湿后电容变大，它的性能稳定，重复性好， 响应快，但环境温度不能超过80oC。
❖ 石英振动式是将聚胺树脂高分子涂在石英晶体表面， 形成吸湿膜，当湿度变化时，吸湿膜的重量发生变 化，从而使石英晶体振荡频率发生变化。这种湿敏 元件在测量范围0~100%RH，误差±5%RH。
❖ 半导体磁敏电阻 ❖ 磁敏二极管 ❖ 磁敏三极管
半导体磁敏电阻
❖ 利用半导体的磁阻效应制成的。 ❖ 磁阻效应：某些材料的电阻值受磁场的影响
而改变的现象。 ❖ 利用磁阻效应制成的元件称为磁敏电阻，利
用磁敏电阻可以制成磁场探测仪、位移和角 度检测器、安培计及磁敏交流放大器等。 ❖ 磁敏电阻根据其制作材料的不同，可分为半 导体磁敏电阻和强磁性金属薄膜磁敏电阻。
❖ 优点：制作工艺简单、成本低、功耗小、可 以在高电压下使用、可制成价格低廉的可燃 气体泄漏报警器。
❖ 缺点：热容量小，易受环境气流的影响；测 量回路与加热回路间没有隔离，互相影响； 加热丝在加热和不加热状态下会产生涨缩， 易造成接触不良。
旁热式

《半导体传感器》PPT课件

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10.3 色敏传感器
10.3.1 半导体色敏传感器的基本原理 ◆半导体色敏传感器相当于两只结深不同的光电极
二极管的组合，故又称光电双结二极管。其结构 原理及等效电路如图10-9所示。为了说明色敏传 感器的工作原理，有必要了解光电二极的工作机 理。
图10-9 半导体色敏传感器结构
30
10.3 色敏传感器
7
10.1 半导体气敏传感器
10.1.2 气敏传感器的种类
◆气敏电阻元件种类很多，按制造工艺上分烧结 型、薄膜型、厚膜型。
1. 烧结型气敏元件将元件的电极和加热器均埋在
金属氧化物气敏材料中，经加热成型后低温烧
结而成。目前最常用的是氧化锡（SnO2）烧结
型气敏元件，它的加热温度较低，一般在200~
300℃，SnO2气敏半导体对许多可燃性气体，
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10.1 半导体气敏传感器
◆氧化锌（ZnO）薄膜型气敏元件以石英玻璃或陶 瓷作为绝缘基片，通过真空镀膜在基片上蒸镀 锌金属，用铂或钯膜作引出电极，最后将基片 上的锌氧化。氧化锌敏感材料是N型半导体，当 添加铂作催化剂时，对丁烷、丙烷、乙烷等烷 烃气体有较高的灵敏度，而对H2、CO2等气体灵 敏度很低。若用钯作催化剂时，对H2、CO有较 高的灵敏度，而对烷烃类气体灵敏度低。因此， 这种元件有良好的选择性，工作温度在400~500 ℃的较高温度。
第10章 半导体传感器
1 10.1 半导体气敏传感器 2 10.2 湿敏传感器 3 10.3 色敏传感器 4 10.4 半导体式传感器的应用
1
10.1 半导体气敏传感器
气敏传感器是用来测量气体的类别、浓度和成 分的传感器，而半导体气敏传感器是目前实际使用 最多的是半导体气敏传感器。 ◆由于气体种类繁多，性质也各不相同，不可能用一 种传感器检测所有类别的气体，因此半导体气敏传 感器的种类非常多。 ◆目前半导体气敏传感器常用于工业上天然气、煤气、 石油化工等部门的易燃、易爆、有毒、有害气体的 监测、预报和自动控制。

半导体传感器教学PPT课件

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半导体传感器
三、气敏传感器
半导体气敏传感器的工作原理是：当气敏元件吸附了被测气体时，其导电率 发生了变化。当半导体气敏元件表面吸附气体分子时，由于二者相互接收电 子的能力不同，产生了正离子或负离子吸附，引起表面能带弯曲，导致导电 率变化。
8
半导体传感器
四、湿敏传感器
金属氧化物湿敏传感器的基本结构如图3-68所示。
半导体传感器
一、磁敏传感器
1.霍尔元件 霍尔元件是一种半导体材料的磁电转换元件。它们利用霍尔效应进行工作。
图3-62 霍尔元件及霍尔效应原理 1
半导体传感器
一、磁敏传感器
1.霍元件
图3-63 霍尔元件用于测量的各种实例。 2
半导体传感器
一、磁敏传感器
1.霍尔元件 图3-64表示一种利用霍尔元件调测MTC钢丝绳的工作原理。
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图3-70表示用于热轧铝板宽度检测的实例。
半导体传感器
六、集成传感器
集成传感器一般具有以下几方面的能力。 （1） 条件调节和温度补偿能力 （2） 通信能力 （3） 自诊断能力 （4） 逻辑判断能力
12
图3-64 3
半导体传感器
一、磁敏传感器
2.磁阻元件 磁电元件是利用半导体材料的磁阻效应来工作的。
图3-65 一种测量位移的磁阻效应传感器。 4
半导体传感器
一、磁敏传感器
3.磁敏管 磁敏二极管和磁敏三极管是20世纪70年代发展出来的新型磁敏传感器。这 种元件检测磁场变化的灵敏度很高。
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半导体传感器
图3-68 9
半导体传感器
五、固态图像传感器
固体图像传感器从功能上说，他是一个能把接收到的光像分成许多小单元， 并将它们转换成电信号。它的核心部分是电荷耦合器件，简称CCD。

半导体传感器的工作原理

半导体传感器的工作原理

半导体传感器的工作原理
半导体传感器是一种基于半导体材料的电子元件，它可以通过其材料的电学特性来检测和测量环境中的物理量或化学量。

半导体传感器的工作原理可以分为两种类型：电阻式和电容式。

对于电阻式传感器，它的工作原理是基于半导体材料的电阻随着被测量物理量的变化而发生变化。

例如，温度传感器就是一种电阻式传感器，它使用了半导体材料中的温度系数来测量温度。

当温度升高时，半导体材料的电阻也随之增加。

通过测量电阻的变化，可以确定温度的大小。

对于电容式传感器，则是通过测量电容的变化来实现测量的。

这种传感器通常由两个金属板和介质层组成，介质层可以是空气、液体或固体。

当被测量的物理量改变时，介质层的电容也会发生变化，从而导致整个传感器的电容值发生改变。

通过测量电容的变化，可以确定被测量物理量的大小。

总的来说，半导体传感器利用半导体材料的电学特性来测量环境中的物理量或化学量，具有响应速度快、精度高、体积小等优点，被广泛应用于温度、湿度、压力、光强、气体浓度等领域。

《半导体传感器》课件

应用领域
开拓新的应用领域，如医疗健康、环境监测、智能交 通和智能家居等，以满足不断增长的市场需求。
市场
加强国际合作与交流，推动传感器技术的国际市场拓展 ，提高国际竞争力。
THANKS
感谢观看
气体传感器
总结词
检测空气中的有害气体
详细描述
气体传感器利用半导体的气敏效应，能够检 测空气中的有害气体，如一氧化碳、二氧化 硫等。这些传感器在环境保护、工业安全等 领域有广泛应用。
紫外线传感器
总结词
监测紫外线的强度和照射时间
详细描述
紫外线传感器能够监测环境中紫外线的强度 和照射时间，对于预防紫外线辐射损伤和保 护皮肤健康具有重要意义。这些传感器广泛
敏感材料
敏感材料是半导体传感器的重要组成 部分，负责将待测物理量转换为电信 号。
选择敏感材料时需要考虑其稳定性、 灵敏度、响应速度和耐腐蚀性等性能 指标。
常见的敏感材料包括金属氧化物、硅 、陶瓷等，它们具有不同的特性，适 用于不同的应用场景。
敏感材料的制备方法包括化学气相沉 积、物理气相沉积、溶胶-凝胶法等， 这些方法能够控制材料的成分和结构 ，从而影响传感器的性能。
测试的目的是检测传感器的性能指标是 否达到设计要求，以及在不同条件下的 稳定性和可靠性。
03
半导体传感器的性能参数
线性范围与灵敏度
线性范围
衡量传感器输出与输入之间线性关系 的参数，即输入量在一定范围内变化 时，输出量与输入量成正比。
灵敏度
表示传感器输出变化量与输入变化量 之比，即单位输入变化引起的输出变 化量。
半导体传感器的主要应用领域
医疗领域
用于生理参数的监测，如体温、血压、血氧 饱和度等。
环保领域

半导体温度传感器课件

量精度和稳定性。
输出信号处理电路的设计也是半 导体温度传感器性能的关键因素
之一。
03
半导体温度传感器的应 用
CHAPTER
工业测温
总结词 详细描述
医疗设备
总结词
详细描述
汽车电子
总结词
汽车电子系统中的半导体温度传感器主要用于发动机、空调等系统的温度监测和 控制，提高汽车的安全性和舒适性。
详细描述
殊需求。
智能化与网络化
结合物联网和人工智能技术，半 导体温度传感器可以实现远程监 控、实时数据处理和智能诊断等 功能，提升传感器应用的智能化
水平。
高精度与高可靠性
随着工业自动化和智能制造的快 速发展，对半导体温度传感器的 测量精度和可靠性提出了更高的 要求，促使传感器不断优化设计、
提升性能。
技术挑战与机遇
随着汽车电子技术的不断发展，温度传感器在汽车中的应用越来越广泛。半导体 温度传感器能够实时监测发动机、刹车系统、空调等关键部位的温度，并通过控 制系统调节温度，确保汽车的安全运行和舒适度。
智能家居
总结词 详细描述
04
半导体温度传感器的技 术发 展
CHAPTER
材料技 术
材料纯度提升 新材料研发
市场前景
应用领域不断拓展
市场规模持续增长
THANKS
感谢观看
选型原则
量程范围
选择能够测量所需温度 范围的传感器，确保传 感器不会过载或测量不
准确。
精度要求
根据测量需求选择具有 适当精度的传感器，以 确保测量结果的可靠性。
稳定性
尺寸与安装方式
选择经过稳定处理的传 感器，以确保长期测量
的准确性。
根据安装空间和要求选 择适合的尺寸和安装方 式，以便于安装和固定。

半导体传感器


二、气敏传感器的应用 气敏电阻元件种类很多，按制造工艺上分烧结型、 薄膜型、厚膜型。 （1）烧结型气敏元件的电极和加热器均埋在金属氧 化物气敏材料中，经加热成型后低温烧结而成。 目前最常用的是氧化锡烧结型气敏元件，它的加 热温度较低，一般在200~300度，并且对可燃性气 体都有较高的灵敏度。
（2）薄膜型气敏元件采用真空镀膜或溅射方法，
磁敏传感器是传感器产品的一个重要组成部 分, 随着我国磁敏传感器技术的发展,其产品种类 和质量将会得到进一步发展和提高,进军汽车、民 用仪表等这些量大面广的应用领域即将实现。
国产的电流传感器,高斯计等产品日前已经开 始走入国际市场,与国外产品的差距 正在快速缩 小。
色敏传感器
半导体色敏电阻传感器是半导体光敏器件的一 种，它也是基于半导体的内光效应，将光信号变 成电信号的光辐射探测器件。 在半导体中不同的区域对不同的波长分别具有 不同的灵敏度。这一特性给我们提供了将这种器 件用于颜色识别的可能性，即可以用来测量入射 光的波长。 将两只结深不同的光敏二极管组合，就构 成了可以测定波长的半导体色敏传感器。
二、半导体陶瓷湿敏电阻
半导体陶瓷湿敏电阻通常是用两种以上的金属 氧化物半导体材料混合烧结而成的多孔陶瓷。电 阻率随湿度增加而下降为负特性湿敏半导体陶瓷； 随湿度增加而增加为正特性湿敏半导体陶瓷。
磁敏传感器
磁敏传感器是基于磁电转换原理的传感器。 磁敏传感器主要有磁敏电阻、磁敏二极管、磁敏 三极管和霍尔式磁敏传感器。它们主要特点有： 一、磁敏电阻的应用广泛，除了可以做成探头， 配上简单的线路可以探测各种磁场，制成位移检 测器、角度检测器、功率计、安培计。此外还可 以用磁敏电阻制成交流放大器、振荡器等。
1.气敏传感器 2.湿敏传感器 3.磁敏传感器 3.色敏传感器 4.半导体式传感器的特点

中国计量大学803传感器技术1 2011--2020年考研初试真题

中国计量大学2020年硕士研究生招生考试试题考试科目代码：803 考试科目名称：传感器技术1所有答案必须写在报考点提供的答题纸上，答在试卷或草稿纸上无效。

一、填空（每空1分，共1×30=30分）1. 传感器在输入按同一方向连续多次变动时所得输入输出特性曲线不一致的程度是传感器静态特性中的；该特性的标定是通过对传感器进行正、返行程往复循环多次的测试实现的，一般测试次数为次。

2. 为了减少横向效应产生的测量误差，一般多采用应变片，其圆弧部分尺寸较栅丝尺寸大得多，因而电阻变化量也就小得多。

利用四个相同阻值的应变片进行传感测量，采用电桥电路可以得到最大的电桥输出电压灵敏度，同时具有严格的输入输出线性关系。

3. 差动互感式传感器又称，在使用过程中由于存在现象，需要在设计和工艺上进行改进，同时也可以通过电路方式进行补偿。

4. 消除电容传感器寄生电容的影响，可以采用技术和技术来实现，前者可使电缆线长达10m也不影响传感器的性能，后者利用运算放大器的虚地来减小引线电缆寄生电容。

5. 霍尔元件的内阻随磁场的绝对值增加而增加，这种现象称为效应，它会使霍尔输出电压降低，必须采用一些方法予以补偿。

霍尔元件的零位误差主要包括不等位电动势和。

6. 磁电感应式振动速度传感器中的阻尼器主要作用是和。

7. 压电转换元件的主要缺点是无静态输出、、需要低电容的低噪声电缆。

一般来说，与压电元件配套的测量电路应具有前置放大电路模块，其作用一是放大压电元件的微弱电信号，其作用二是。

《传感器技术1》试卷 第1 页 共7 页8. 外光电效应中，要使一个电子从物质表面逸出，光子具有的能量E必须大于该物质表面的逸出功A0，此时对应临界波长为λk，若有另一种材料发生外光电效应时的逸出功为2A0，则临界波长应为。

某一光电探测器的特性曲线中，横坐标是光通量，纵坐标是光电流，这是光电探测器的特性；横坐标是光波长，纵坐标是光电流，这是光电探测器的特性。

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绝对湿度也可用水的蒸气压来表示。 绝对湿度也可用水的蒸气压来表示。设空 气的水气密度为ρv， 气的水气密度为 ，与之相应的水蒸气分压为 pv，根据理想气体状态方程，可以得出其关系 ，根据理想气体状态方程， 式为 p m
m——水气的摩尔质量； 水气的摩尔质量； 水气的摩尔质量 R——摩尔气体普适常数； 摩尔气体普适常数； 摩尔气体普适常数 T——绝对温度。 绝对温度。 绝对温度
薄膜型器件外形结构如图所 示
1、2、5、7—引线 3—半导体 8—加热器 4—电极－6—绝缘基片
这种器件具有较高的机械 强度，而且具有互换性好、 强度，而且具有互换性好、 产量高、成本低等优点。 产量高、成本低等优点。
3. 厚膜型 厚膜型
其结构如图所示
1—加热器 2—电极 加热器 电极 3—湿敏电阻 4—基片 湿敏电阻 基片
三、半导瓷湿敏电阻 半导瓷湿敏电阻
制造半导瓷湿敏电阻的材料， 制造半导瓷湿敏电阻的材料，主要是不 同类型的金属氧化物。 同类型的金属氧化物。 有一些材料电阻率随湿度的增加而下降， 有一些材料电阻率随湿度的增加而下降， 故称为负特性湿敏半导瓷 负特性湿敏半导瓷。 故称为负特性湿敏半导瓷。 还有一种材料（如Fe3O4半导瓷）的电阻 还有一种材料（ 半导瓷） 率随着湿度的增加而增大， 率随着湿度的增加而增大，称为正特性湿敏半 导瓷。 导瓷。
第一节
气敏传感器
所谓半导体气敏传感器， 所谓半导体气敏传感器，是利用半导体 气敏元件同气体接触，造成半导体性质变化， 气敏元件同气体接触，造成半导体性质变化， 借此来检测特定气体的成分或者测量其浓度 的传感器的总称。 的传感器的总称。
半导体气敏传感器的种类如表
主要物理特性 电 阻 式 非 电 阻 式
第二节 湿敏传感器
一、绝对湿度与相对湿度
所谓湿度，是指大气中所含的水蒸气量。 所谓湿度，是指大气中所含的水蒸气量。 它有两种最常用的表示方法， 它有两种最常用的表示方法，即绝对湿度和相 对湿度。 对湿度。绝对湿度是指一定大小空间中水蒸气 的绝对含量，可用“ 表示。 的绝对含量，可用“kg/m3”表示。绝对湿度 表示 也称水气浓度或水气密度。 也称水气浓度或水气密度。
在实际生活中，许多现象与湿度有关， 在实际生活中，许多现象与湿度有关，如 水分蒸发的快慢。 水分蒸发的快慢。然而除了与空气中水气分压 有关外， 有关外，更主要的是和水气分压与饱和蒸气压 的比值有关。因此有必要引入相对湿度的概念。 的比值有关。因此有必要引入相对湿度的概念。 相对湿度为某一被测蒸气压与相同温度下 的饱和蒸气压的比值的百分数，常用%RH表 的饱和蒸气压的比值的百分数，常用 表 这是一个无量纲的值。显然， 示。这是一个无量纲的值。显然，绝对湿度给 出了水分在空间的具体含量， 出了水分在空间的具体含量，相对湿度则给出 了大气的潮湿程度，故使用更广泛。 了大气的潮湿程度，故使用更广泛。
此种元件一致性较 机械强度高， 好，机械强度高，适于批 量生产， 量生产，是一种有前途的 器件。 器件。
以上三种气敏器件都附有加热器。在实际应用时， 以上三种气敏器件都附有加热器。在实际应用时，加热器 油雾， 等烧掉， 能使附着在测控部分上的油雾 尘埃等烧掉 能使附着在测控部分上的油雾，尘埃等烧掉，同时加速气 体的吸附，从而提高了器件的灵敏度和响应速度， 体的吸附，从而提高了器件的灵敏度和响应速度，一般加 热到200～400℃，具体温度视所掺杂质不同而异。 热到 ～ ℃ 具体温度视所掺杂质不同而异。 气敏器件的优点是：工艺简单，价格便宜，使用方便； 气敏器件的优点是：工艺简单，价格便宜，使用方便；对 气体浓度变化响应快；即使在低浓度（ 气体浓度变化响应快；即使在低浓度（3000mg/kg）下， ） 灵敏度也很高。其缺点在于：稳定性差，老化较快， 灵敏度也很高。其缺点在于：稳定性差，老化较快，气体 识别能力不强；各器件之间的特性差异大等。 识别能力不强；各器件之间的特性差异大等。
虽然存在上述问题， 虽然存在上述问题，但半导体传感器仍 是目前传感器发展的重要方向， 是目前传感器发展的重要方向，尤其是大规 模集成电路技术的不断发展， 模集成电路技术的不断发展，半导体传感器 的技术也日臻完善。 的技术也日臻完善。
半导体传感器
第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 气敏传感器 气敏传感器 湿敏传感器 湿敏传感器 磁敏传感器 色敏传感器 色敏传感器 离子敏传感器
与各种结构型传感器相比，具有如下特点： 与各种结构型传感器相比，具有如下特点：
1）由于传感器原理是基于物理变化的，因 ）由于传感器原理是基于物理变化的， 而没有相对运动部件，可以做到结构简单， 而没有相对运动部件，可以做到结构简单， 微型化。 微型化。 2）灵敏度高，动态性能好，输出为电物理 ）灵敏度高，动态性能好， 量。 3）采用半导体为敏感材料容易实现传感器 ） 集成化和智能化。 集成化和智能化。 4）功耗低，安全可靠。 ）功耗低，安全可靠。
半导体传感器也存在以下一些缺点：
1）线性范围窄，在精度要求高的场合应采用 ）线性范围窄， 线性化补偿电路。 线性化补偿电路。 2）与所有半导体元件一样，输出特性易受温 ）与所有半导体元件一样， 度影响而漂移，所以应采用补偿措施。 度影响而漂移，所以应采用补偿措施。 3）性能参数离散性大。 ）性能参数离散性大。
晶体管特性
一、气敏半导体材料的导电机理
为烧结体N型半 图a为烧结体 型半 为烧结体 导瓷的模型。 导瓷的模型。它是多晶 体，晶粒间界有较高的 电阻， 电阻，晶粒内部电阻较 低。图中分别以空白部 分和黑点部分示意表示。 分和黑点部分示意表示。 导电通路的等效电路如 所示。 图b所示。 所示
图中晶粒为颈部等效电阻， 为晶粒的 图中晶粒为颈部等效电阻，Rb为晶粒的 等效体电阻， 为晶粒的等效表面电阻 为晶粒的等效表面电阻。 等效体电阻，Rs为晶粒的等效表面电阻。其中 Rb的阻值较低，它不受吸附气体影响。Rs和 的阻值较低， 的阻值较低 它不受吸附气体影响。 和 Rn则受吸附气体所控制，且Rs>>Rb， 则受吸附气体所控制， 则受吸附气体所控制 ， Rn>>Rb。由此可见，半导体气敏电阻的阻 。由此可见， 值将随吸附气体的数量和种类而改变。 值将随吸附气体的数量和种类而改变。氧化型 气体吸附到N型半导体上 将使载流子减少， 型半导体上， 气体吸附到 型半导体上，将使载流子减少， 从而使材料的电阻率增大。还原型气体吸附到 从而使材料的电阻率增大。 N型半导体上，将使载流子增多，材料电阻率 型半导体上， 型半导体上 将使载流子增多， 下降。根据这一特性， 下降。根据这一特性，就可以从阻值变化的情 况得知吸附气体的种类和浓度。 况得知吸附气体的种类和浓度。
二、氯化锂湿敏电阻 氯化锂湿敏电阻
氯化锂湿敏电阻是利用吸湿性盐类潮 氯化锂湿敏电阻是利用吸湿性盐类潮 离子导电率发生变化而制成的测湿元件。 解，离子导电率发生变化而制成的测湿元件。 典型的氯化锂湿度传感器有登莫 典型的氯化锂湿度传感器有登莫 浸渍式两种 两种。 （Dunmore）式和浸渍式两种。 ）
第十二章 半导体式物性传感器
1970年，荷兰科学家Bergveld研制出了对 氢离子响应的离子敏感场效应晶体管 离子敏感场效应晶体管，标志 离子敏感场效应晶体管 着离子敏半导体传感器的诞生。 由于电子技术的飞速发展，以半导体传感器 为代表的各种固态传感器 固态传感器相继问世。这类传 固态传感器 感器主要是以半导体为敏感材料，在各种物 在各种物 理量的作用下引起半导体材料内载流子浓度 或分布的变化， 或分布的变化，通过检测这些物理特性的变 化，即可反映被测参数值。
各种可燃性气体的浓度与SnO2半导瓷传感器 各种可燃性气体的浓度与 的电阻率变化的关系如图
SnO2气敏器件易受环境温度和湿度的影 响。温湿度综合特性曲线图如下

三、非电阻型气敏器件
1. 2. 3. MOS二极管气敏器件 二极管气敏器件 二极管气敏器件 Pd-MOSFET气敏器件 气敏器件 气敏器件 二极管气敏传感器
1. 半导瓷湿敏材料的导电机理
三种典型的金属氧化物半导瓷的湿敏特性如 图:
1—ZnO－LiO2－V2O5系 － － 系 2—Si－Na2O－V2O5系 － － 系 3—TiO2－MgO－Cr2O3系 － － 系
关于半导体湿敏材料的导电机理有多种理论。 关于半导体湿敏材料的导电机理有多种理论。一 般认为，作为湿敏材料的多晶陶瓷 多晶陶瓷（ 般认为，作为湿敏材料的多晶陶瓷（也称半导 ），由于晶粒间界的结构不够致密与缺乏规律性 由于晶粒间界的结构不够致密与缺乏规律性， 瓷），由于晶粒间界的结构不够致密与缺乏规律性， 不仅载流子浓度远比晶粒内部小， 不仅载流子浓度远比晶粒内部小，而且载流子迁移率 也要低得多。所以， 也要低得多。所以，一般半导瓷的晶粒间界电阻要比 体内高得多。 体内高得多。因而半导瓷的晶粒间界便成了半导瓷中 传导电流的主要障碍。正由于这种高阻效应的存在， 传导电流的主要障碍。正由于这种高阻效应的存在， 使半导瓷具有良好的湿敏特性。 使半导瓷具有良好的湿敏特性。
登莫式传感器的结构如图,图中 为聚苯乙 登莫式传感器的结构如图 图中A为聚苯乙 图中 烯包封的铝管； 为用聚乙烯醋酸盐覆盖在 为用聚乙烯醋酸盐覆盖在A 烯包封的铝管； B为用聚乙烯醋酸盐覆盖在 上的钯丝。 上的钯丝。
浸渍式传感器是在基本材料上直接浸渍氯化 锂溶液构成的。 锂溶液构成的。这类传感器的浸渍基片材料 为天然树皮。 为天然树皮。 它部分地避免了高温下所产生的湿敏膜的误 由于采用了表面积大的基片材料， 差。由于采用了表面积大的基片材料，并直 接在基片上浸渍氯化锂溶液， 接在基片上浸渍氯化锂溶液，因此这种传感 器具有小型化的特点。 器具有小型化的特点。 它适用于微小空间的湿度检测。 它适用于微小空间的湿度检测。
2. 薄膜型
薄膜型气敏器件的制作首先需处理基片（ 薄膜型气敏器件的制作首先需处理基片（玻 璃石英式陶瓷），焊接电极， ），焊接电极 璃石英式陶瓷），焊接电极，之后采用蒸发或 溅射方法在石英基片上形成一薄层氧化物半导 体薄膜。实验测得SnO2和ZnO薄膜的气敏特 体薄膜。实验测得 薄膜的气敏特 性较好。 性较好。