半导体传感器的原理应用及发展(4)

2018-11-21 23:17

负电。如果该半导瓷是P型半导体, 则由于水分子吸附使表面电势下降。若该半导瓷为N型, 则由于水分子的附着使表面电势下降。如果表面电势下降较多, 不仅使表面层的电子耗尽, 同时吸引更多的空穴达到表面层, 有可能使到达表面层的空穴浓度大于电子浓度, 出现所谓表面反型层, 这些空穴称为反型载流子。图9 - 5表示了几种负特性半导瓷阻值与湿度之关系。

正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认为这类材料的结构、 电子能量状态与负特性材料有所不同。当水分子附着半导瓷的表面使电势变负时, 导致其表面层电子浓度下降, 于是, 表面电阻将由于电子浓度下降而加大, 这类半导瓷材料的表面电阻将随湿度的增加而加大。通常湿敏半导瓷材料都是多孔的, 表面电导占的比例很大, 故表面层电阻的升高, 将引起总电阻值的明显升高。 典型半导瓷湿敏元件

(1)MgCr2O4-TiO2湿敏元件 氧化镁复合氧化物-二氧化钛湿敏材料通常制成多孔陶瓷型“湿—电”转换器件,它是负特性半导瓷,MgCr2O4为P型半导体,它的电阻率低,阻值温度特性好。

湿敏陶瓷片金属电极固定端子加热线圈陶瓷基片引线MgCr2O4-TiO2陶瓷

(2)ZnO-Cr2O3陶瓷湿敏元件 ?ZnO-Cr2O3湿敏元件的结构是将多孔材料的金电极烧结在多孔陶瓷圆片的两表面上,并焊上铂引线,然后将敏感元件装入有网眼过滤的方形塑料盒中用树脂固定。ZnO-Cr2O3传感器能连续稳定地测量湿度,而无须加热除污装置,因此功耗低,体积小,成本低,是一种常用测湿传感器。

(3)四氧化三铁(Fe3O4)湿敏器件四氧化三铁湿敏器件由基片、电极和感湿膜组成。Fe3O4湿敏器件在常温、常湿下性能比较稳定,有较强的抗结露能力,测湿范围广,有较为一致的湿敏特性和较好的温度-湿度特性,但器件有较明显的湿滞现象,响应时间长。

湿敏传感器的应用

湿敏传感器已经广泛地用于各种场合的湿度监测、控制与报警,工业制造、医疗卫生、林业和畜牧业等各个领域。

三、半导体传感器的现状与发展趋势

半导体传感器使用半导体材料,利用半导体材料对周围环境的敏感性制成各种传感器,除上述磁敏、色敏、离子敏、气敏、湿敏等半导体传感器外,还有力敏,热敏,温度敏、生物敏等种类繁多的传感器。

随着传感器应用领域的不断扩大依赖于各学科的发展和相互渗透,传感器不断向高精度化、高可靠性、微功耗及无源化等方向发展,更精一步向智能化、微型化、集成化方向发展。

21世纪人类将进入“3T”(1T=10 12)纪元,作为信息技术的重要组成部分的半导体传感器的主要发展趋势是,发展基于新原理,新材料和新技术的更加灵敏、精确、智能化和人性化的传感器材料与器件,以满足信息技术的迅速发展。

长期以来,传感器材料和器件的开发和利用,主要是面向工业、国防和科技事业。到二十世纪后期,则逐渐向与人类的生存状况密切相关的环境、生态、特别是直接与人体和生命相关的医学领域扩展,如可对癌症、心血管疾病等进行早期诊断的纳米材料制成的、极为灵敏的生物和化学传感器用来检测CO、NO2和其他有毒气体的半导体SnO2传感器和对温室的温度、湿度、光照和CO2浓度及对农药残留物进行检测与监控的传感器等。这些新领域很有可能成为新世纪传感器材料与技术发展的另一个主要方向。

参考文献

李先文,黄强,《半导体传感器在中国的研究和发展》

周化仁,吴震春,王晓平《气敏半导体传感器在CO报警器中的应用》

唐文彦 《传感器》

http://www.hqew.com/tech/wiki/57.html

http://baike.http://www.wodefanwen.com//view/3843941.htm

涂有瑞 《磁敏传感器产业的现状和发展趋势》

陈国强 乔志刚《色敏传感器及应用》

http://www1.hfut.edu.cn/teacher/sensor/fudao/web/di12zhang/12z4.htm

http://210.45.242.3/defo_list.asp?ClassId=32&Topid=0

http://www.duxiu.com/


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