传感器与检测技术的理论基础PPT电子课件教案-第9章 半导体传感器

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1、9.1气敏传感器9.2湿敏传感器9.3色敏传感器9.4半导体式传感器的应用主要内容半导体传感器是典型的物理型传感器，它是利用某些材料的电特征的变化实现被测量的直接转换，如改变半导体内载流子的数目.凡是用半导体材料制作的传感器都属于半导体传感器。其中包括：光敏电阻、光敏二极管、光敏晶体管、霍尔元件、磁敏元件、压阻元件、气敏、湿敏等等。概述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气敏传感器湿敏传感器概述气敏传感器是用来检测气体浓度和成份的器件，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。气敏传感器按构成传感器材料可分为半

2、导体和非半导体两大类，目前实际使用最多的是半导体气敏传感器。半导体气敏传感器从不同的角度出发，可分为表面控制型和体控制型、电阻型和非电阻型。9.1气敏传感器9.1气敏传感器9.1.1半导体气敏传感器工作原理(电阻型)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，如：氧气等具有负离子吸附倾向的气体，被称为氧化型气体——电子接收性气体；氢、碳氧化合物、醇类等具有正离子吸附倾向的气体，被称为还原型气体——电子供给性气体。当氧化型气体吸附到N型半导体上，半导体的载流子减少，电阻率上升；当氧化型气体吸附到P型半导体上，半导体的载流子增多，电阻率

3、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映9.1气敏传感器9.1.1半导体气敏传感器工作原理9.1气敏传感器9.1.2半导体气敏传感器类型及结构组成：敏感元件、加热器、外壳；制造工艺：烧结型、薄膜型、厚膜型。气敏电阻的材料是金属氧化物，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缘的，制成半导体后显示气敏特性。这些器件全部都附有加热器，它的作用是将附着在敏感元件表面上的尘埃、油雾等烧掉，加速气体吸附，从而提高器件的灵敏度和

4、响应速度。加热一般有直热式和旁热式，温度一般控制在200~400度左右。9.1气敏传感器9.1.2半导体气敏传感器类型及结构1.电阻型半导体气敏传感器在常温下，电导率变化不大，达不到检测目的，因此以上结构的气敏元件都有电阻丝加热器;加热时间2—3分钟，加热电源一般为5V;加热方式分为内热式和旁热式。气敏传感器测量电路9.1气敏传感器9.1.2半导体气敏传感器类型及结构2.非电阻型半导体气敏传感器非电阻型气半导体敏传感器主要类型：利用MOS二极管的电容—电压特性变化；利用MOS场效应管的阈值电压的变化；利用肖特基金属半导体二极管的势垒变化进行气体检测。9.1气敏

5、传感器9.1.2半导体气敏传感器类型及结构2.非电阻型半导体气敏传感器1）MOS二极管气敏元件在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固定不变。Si和SiO2界面电容Cs是外加电压的函数，总电容C也是偏压的函数。MOS二极管的等效电容C随电压U变化。金属钯（Pd）对氢气（H2）特别敏感。当Pd吸附以后，使Pd的功函数下降，使MOS管C—U特性向左平移，利用这一特性用于测定氢气的浓度。9.1气敏传感器9.1.2半导体气敏传感器类型及结构2.非电阻型半导体气敏传感器MOS二极管气敏元件结构和等效电路2）MOSFET气敏元件Pd对H

6、2吸附性很强，H2吸附在Pd栅上引起的Pd功函数降低。当栅极（G）源极（S）间加正向偏压UGS>UT阀值时，栅极氧化层下的硅从P变为N型，N型区将S（源）和D（漏）连接起来，形成导电通道（N型沟道）此时MOSFET进入工作状态。钯Pd结构—MOSFET管9.1气敏传感器9.1.2半导体气敏传感器类型及结构2.非电阻型半导体气敏传感器在S—D间加电压UDS，S—D间有电流IDS流过，IDS随UDS、UGS变化。当UGS

7、功函数使UT下降，检测H2浓度。9.1气敏传感器9.1.2半导体气敏传感器类型及结构2.非电阻型半导体气敏传感器3）肖特基二极管金属和半导体接触的界面形成肖特基势垒，构成金属半导体二极管。管子加正偏压，半导体金属的电子流增加，加负偏压，几乎无电流。当金属与半导体界面有气体时，势垒降低，电流变化。非电阻型半导体气敏传感器主要用于氢气浓度测量。9.1气敏传感器9.1.2半导体气敏传感器类型及结构2.非电阻型半导体气敏传感器9.1气敏传感器9.1.3半导体气敏传感器应用气体浓度检测TGS-8129.2湿敏传感器湿度是指空气中的水蒸气含量，通常用绝对湿度和相对湿度表示

8、：绝对湿度，单位空间所含水蒸汽的绝对含