半导体敏感元件湿度.ppt

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1、湿度传感器课程内容1湿度表示方法2湿敏传感器分类3湿度传感器的主要参数4几种常用测量湿度方法5半导体陶瓷湿敏元件6元素半导体湿敏元件7半导体结型和MOS型湿敏元件8.高分子湿度传感器9湿敏传感器的应用10典型湿度传感器1湿度表示方法在某一温度下，其水蒸气压同其饱和蒸气压的百分比。相对湿度单位体积内,空气里所含水蒸气的质量。绝对湿度当空气的温度下降到某一特定温度,空气中的水蒸气将向液相转化而凝结成露珠,相对湿度为100％RH，简称露点。如果露点温度低于0℃时,水蒸气将结霜,统称为露点。露点温度霜点

2、温度湿度：大气中含有水蒸气的多少,表明大气的干湿程度。常表示为%RH；道尔顿部分压力定律：在常温常压下，一定体积混合气体的压力，等于其各组成成分分别单独在相同体积内产生的部分压力之和。毛发式、干湿球式、陶瓷式、有机高分子式、半导体式和电解质式等。2湿敏传感器分类电阻式、电容式和频率式等；按探测功能相对湿度、绝对湿度、结露和多功能式四种；按材料按湿敏元件输出的电学量干球温度计湿球温度计刻度盘纱布水槽2湿敏传感器分类干湿球式湿度计2湿敏传感器分类干湿球式湿度计利用水蒸发要吸热降温，而蒸发的快慢（即降

3、温的多少）是和当时空气的相对湿度有关。原理3湿度传感器的主要参数A湿度量程B感湿特征量C感湿灵敏度D特征量温度系数电容温度系数(%/℃)=电阻温度系数(%/℃)=ΔT—温度25℃与另一规定环境温度之差；E感湿温度系数感湿温度系数(%RH/℃)=ΔT—温度25℃与另一规定环境温度之差；低湿型（0.5%RH-30%RH）中湿型（30%RH-70%RH）高湿型（70%RH-100%RH）全湿型（0-100%RH）例：R1%/R20%F响应时间G湿滞回线和湿滞回差I频率特性加直流电压，会引起湿敏元件的感

4、湿体内水分子电解，致使其电导率随时间的延长而下降。故采用交流电压。注：通常脱湿响应时间大于吸湿相应时间；H电压特性高湿时，频率影响较小；低湿高频时，频率增加，元件阻值下降，上限频率通常由实验决定；为防止水解，频率通常大于50Hz。3湿度传感器的主要参数4几种常用测量湿度方法用纤维素与约50微米厚金属箔粘合在一起，卷成螺旋状构成；适用范围:30%～100%RH。毛发湿度计电子式温湿度计干湿球式温湿度计5电解质湿度传感器R感湿膜梳状柱状氯化锂湿度—电阻特性曲线利用吸湿性盐类潮解，离子导电率发生变化而

5、制成的测湿元件。原理水分子结构示意图6半导体陶瓷湿敏元件材料金属氧化物半导体陶瓷类型烧结型、厚膜型和薄膜型感湿机理A电子导电理论B质子导电理论C电子-质子混合导电理论陶瓷湿敏元件利用其表面多孔性吸湿导电。特点测湿范围宽，工作温度高，响应时间短、精度高；水分子特点极性分子，电子云趋向于氧原子，氢原子附近有很强的正电场，水分子具有很强的电子亲和力。6半导体陶瓷湿敏元件感湿机理A电子导电理论实质：用能带理论来解释多孔陶瓷的感湿机理。表面能级表面受主态能级表面施主态能级成对出现本征表面态P型金属氧化物半

6、导体(a)未吸附水分子时(b)吸附水分子后P型半导体陶瓷表面能态水分子在晶粒表面吸附，在价带上方产生新的能级，相对湿度增大时，表面吸附的水增多，增加了表面受主密度。表面空穴的浓度随相对湿度的增大而不断增大，使表面电阻明显下降，引起感湿陶瓷的电阻下降。6半导体陶瓷湿敏元件感湿机理A电子导电理论N型金属氧化物半导体AEiBA过程：正感湿过程。B过程：随着相对湿度，界面积累的空穴浓度将超过导带中原有电子浓度，出现反型层，界面电阻率下降，呈现负感湿特性。B质子导电理论6半导体陶瓷湿敏元件感湿机理C电子-

7、质子混合导电理论化学吸附产生电场促进物理吸附水的分解，其电荷输运是通过一个质子附载在水分子上形成水合氢离子进行的，表现为负感湿特性。在任何湿度下，陶瓷湿敏元件同时存在有电子导电和质子导电。低湿情况下，则以电子导电为主。高湿情况下，则以质子导电为主。中等湿度情况，则是电子导电和质子导电的过渡区域。6.1MgCr2O4-TiO2陶瓷湿敏元件结构6半导体陶瓷湿敏元件以不同的金属氧化物为原料，通过典型的陶瓷工艺烧制而成。陶瓷湿敏元件结构图金隔漏环感湿陶瓷多孔RuO2电极加热器陶瓷基板电极引线（Pt-Ir

8、）6.2MgCr2O4-TiO2湿敏元件特性（国产SM-1型）6半导体陶瓷湿敏元件⑴阻-湿特性⑵响应时间吸湿和脱湿响应时间约为10s；⑶加热清洗特性⑷气敏特性MgCr2O4-TiO2半导体陶瓷材料为多孔性结构，工作温度低于150℃时，良好感湿特性；300-550℃时，丧失对水蒸汽敏感特性，对多种气体敏感，例如乙醇。6.2MgCr2O4-TiO2湿敏元件特性（国产SM-1型）6半导体陶瓷湿敏元件日本松下公司MgCr2O4-TiO2系多功能传感器典型特性6.3MgCr2O4-TiO2湿敏元件工艺6半