半导体传感器教学课件ppt

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1、第11章半导体传感器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。概述第11章半导体传感器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第11章半导体传感器概述气敏传感器湿敏传感器第11章半导体传感器半导体气敏传感器是用来检测气体浓度和成份的，检测低浓度的可燃性气体及毒性气体，如CO、H2S、NOx及C2H5OH、CH4、C4H10等碳氢气体。其测量范围为百万分之几到百万分之几千。由

2、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，如：工业天然气、煤气等易燃易爆的安全监测；环境保护，有害、有毒气体监测；酒后驾车，乙醇浓度检测。11.1气敏传感器第11章      半导体式传感器11.1气敏传感器11.1.1半导体气敏传感器工作原理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。第11章      半导体式传感器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

3、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11.1气敏传感器11.1.1半导体气敏传感器工作原理第11章      半导体式传感器11.1气敏传感器11.1.1半导体气敏传感器工作原理组成：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。金属氧化物有：N型半导体，如：SnO2Fe2O3ZnO

4、TiOP型半导体，如：CoO2PbOMnO2CrO3第11章      半导体式传感器通常器件工作在空气中由于氧化的作用，空气中的氧被半导体（N型半导体）材料的电子吸附负电荷，结果半导体材料的传导电子减少，电阻增加，使器件处于高阻状态；当气敏元件与被测气体接触时会与吸附的氧发生反应，将束缚的电子释放出来，敏感膜表面电导增加，使元件电阻减小。11.1气敏传感器11.1.1半导体气敏传感器工作原理第11章      半导体式传感器11.1气敏传感器11.1.2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高阻状态空气中——氧化作用—氧被电子吸附—电子减少电阻减小气体接触——吸附—氧发生反应

5、—电子—电导增加电阻型半导体气敏传感器导电机理用一句话描述：利用半导体表面因吸附气体引起半导体元件电阻值变化，根据这一特性，从阻值的变化测出气体的种类和浓度。第11章      半导体式传感器11.1气敏传感器11.1.2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第11章      半导体式传感器11.1气敏传感器11.1.2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电阻型气敏元件通常工作在高温状态，气敏

6、元件的加热作用：为加速气体吸附和上述的氧化还原反应，提高灵敏度和响应速度；另外使附着在壳面上的油雾、尘埃烧掉。第11章      半导体式传感器11.1气敏传感器11.1.2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。第11章      半导体式传感器11.1气敏传感器11.1.2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

7、容Ca固定不变。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。第11章半导体传感器11.1气敏传感器11.1.2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1.氧化锌元件氧化锌元件是比较常用的一种气敏元