非晶材料在传感器中的应用

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1、非晶材料在传感器中的应用论文关键词：单晶材料多晶材料非晶材料非晶硅非晶磁性材料非晶传感器论文摘瑾要：摘要：对敏感功能材料薨研究开发所呈现的主要趋势闩之一就是从单晶材料向多晶跞材料和非晶材料方向过渡发骶展。由于非晶材料具有光吸瓒收系数高、基片材料的限制铌性小、性能易于扩展、制作泸工艺简单等优点，因而受到滟多方面青睐。本文侧重介绍非晶材料的现状、基本特性声及其在传感器中的应用与展髯望。一、引言最近，对苈敏感功能材料的研制开发所呷呈现的主要趋势之一就是从依单晶材料向多晶材料和非晶墼材料的方向过渡发展。到目十前为止，传感器中应用的敏螯感功能材料多为单晶材料，泶特别是物理类传感器更是如谕此。例如，

2、光敏传感器一直就是用Si、GaAs之类螃的单晶半导体。另一方面，概气敏传感器主要由多晶材料或多孔陶瓷构成。陶瓷由粉仗末混合物经模压、烧结而形成。采用理想特性的原材料幼并对烧结工艺严加管制，便澌可制成一种精细陶瓷，使之应用于传感器，从而开辟了炳陶瓷拓宽应用的新天地。单刹晶传感器仅利用了晶体的体性能，而多晶传感器和陶瓷娓传感器则利用了多孔性和晶粒边界特性，从而开辟了拓衤宽应用于气敏传感器和热敏ヅ传感器的新途径。16/16非晶材ゼ料大致分为非晶磁性材料和酵非晶半导体材料。引人注目嗑的非晶合金现已步入实用阶段，特别是近年来又在基础戚和应用方面作了深入研究，疖从而了解非晶金属在结晶状觫

3、态所具有的独特物性，使之结拓宽应用于传感器，颇具实儒用价值。二、背景材料以慕及非晶材料的应用现状随着人类认识的发展和技术的蛐进步,从20世纪50年代宪涌现了若干新型非晶态材料ラ,包括非晶合金、非晶半导硭体、非晶超导体、非晶离子雀导体和有机高分子玻璃等。粪其中非晶合金中原子的混乱踣排列情况类似于玻璃,故又蝴称为金属玻璃。金属玻璃可纸由多种工艺制备，所有工艺都涉及将合金从液态或气态阼快速凝固，凝固过程非常快彷以致将原子的液体组态冻结下[1-3]。它们在热力学上处于亚稳状态,在晶化温度以上即可克服一定大小尘的能垒而转变成晶态。研家究表明,非晶态结构上与液体相似(见图1),原子排薷列是

4、短程有序的;从总体上ｇ来说是长程无序的,宏观上蛾可将其看作均匀、各向同性蕴的。非晶态结构的另一个特万点是热力学的不稳定性,存适在向晶态转化的趋势,即原婊子趋于规则排列。为了进一伴步了解非晶态的结构,通常ⅲ在理论上把非晶态材料中原相子的排列情况模型化,其模型归纳起来可分为两大类。雨一类是不连续模型,如微晶蹋模型、聚集团模型等;另一蒎类是连续模型,如连续无规迨则网格模型、硬球无规密堆埽16/16模型等。虽然所建立的种种摘模型[4]于描述非晶态材沆料的真实结构还不够精确。渎但在解释非晶态材料的某些私特性如弹性、磁性上,还是恂取得了一定的成功。非晶态Э合金的长程无序、短短有序聍的特性导致非晶态金

5、属有着蟑良好的机械性能、优良的化荀学性能以及优异的软磁性能沆。图1 气、液、晶态和讯非晶态双体分布函数[5]1、非晶磁性材料非晶至磁性材料是杜韦斯(Duw┋es)1960年用液体淬剀火法率先合成的，如今这种鐾敏感功能材料已在传感器中蔽得到日益广泛的应用，而且窈展望未来还可用于更大的发萦展。非晶磁性材料具有下列特性：①缺乏晶体材料所と具有的磁各向异性，导磁率硪高，损耗小。也就是说，旋∨转磁化容易，各向磁场灵敏＋度高，因此，可用来构成高灵敏度磁场计或磁通量传感市器。现已相继开发出应力ˉ股磁效应式高灵敏度应力传感幌器、磁致伸缩效应式机械传骏感器。②具有高电阻率(跹比坡莫合金高几倍)，因此掐

6、，即使是在高频范围内也能街得到较小的涡流损耗和极好所的磁特性，有效利用此特性库便可开发研制出磁性晶体难鲍以实现的快速响应传感器。16/16③不存在晶粒边界、位错等粽晶体材料固有的缺陷，因而抖机械强度高，抗化学性强。毪④直到居里温度，其组合陈成分均可随意确定。因此，簇可望用于开发研制快速响应缯温度传感器。2、非晶硅绑非晶硅自1976年由斯沼皮尔(Spear)通过控制手段对其掺杂以来，在光脱生伏打方面的应用是人所共镝知的。例如，内置非晶硅太瘩阳电池的袖珍计算器现已普茹及化，比比皆是。非晶硅用墨作传感器敏感功能材料有很该大潜力，主要表现在非晶硅幽具有一般晶体材料难以得到壕的特性：①在可见光范围

7、胩内非晶硅的光吸收系数高；②使微晶相与非晶相混合，终可得到类晶体性能；③淀亨积温度低，可随意选用基片砚材料，如可用有机膜；④禾可淀积均匀性良好的大面积债薄膜；⑤淀积膜的长期稳定性和可靠性良好；⑥可在曲面和平面上淀积薄膜；⑦可应用光刻工艺；⑧可用非晶材料制作有源和无源缬元件，可在多种基片材料上迳生长，可用来制作三维电路裕。16/16三、非晶材料的基本特猩征非晶金属材料具有下述辣基本特性：1、高透磁率Co基高透磁率非