傳感技術第四章ppt課件(編輯修改稿)
2025-06-02 00:42 本頁面
【文章內容簡介】 、 n區(qū)開路。兩端就產(chǎn)生電壓。這叫做光生伏特效應。利用光生伏待效應，制成的紅外探測器，叫做光生伏特探測器(PV器件 )。 PV器件工作時不必加偏置電壓。 紅外探測器 (d)光電磁效應 在外加電場和磁場同時作用下，半導體的上表面吸收光子后，在上表面產(chǎn)生的電子空穴對，要向體內擴散。在擴散過程中，因受到強磁場的作用，電子和空穴各偏向一側，因而產(chǎn)生電位差。這個現(xiàn)象就叫做光電磁效應。利用這個效應測量紅外輻射的紅外探測器叫做光電磁探測器 (PEM器件 )。 紅外探測器 熱探測器與光子探測器相比，熱探測器有下列優(yōu)點： (1)熱探測器對各種波長都有響應，光子電探測器是一種對波長有選擇的探測器，僅對具有足夠能量的光子有響應，即存在一個波長限。光子探測器只對它的長波限以下的一段波長區(qū)間有響應。 (2)熱探測器 (除低溫測輻射熱計外 )工作時不需要冷卻，光子探測器則多數(shù)需要冷卻。 紅外探測器 但熱探測器有下列缺點； (1)熱探測器的響應度一般低于光子探測器，響應時間一般比光子探測器長。 (2)熱探測器的性能與器件尺才、形狀，以及工藝細節(jié)等很有關系，因此，工藝要求較高，產(chǎn)品規(guī)格常不容易穩(wěn)定。而光子探測器，工藝比較先進和定型，產(chǎn)品比較能夠規(guī)格化。 紅外探測器 熱探測器有輻射熱電偶、熱電堆、熱敏電阻及熱釋電探測器。薄膜熱敏器件是二十世紀八十年代隨著集成電路技術中的薄膜工藝發(fā)展，以及人們對溫度信息獲取向超小型化發(fā)展而產(chǎn)生的。替代傳統(tǒng)結構型溫度傳感器，適合于物體表面，快速和小間隙溫度檢測。 薄膜熱電偶 薄膜熱電偶 薄膜熱電偶以陶瓷薄片作基體，厚度，耐高溫 1600℃ 。在陶瓷基片有兩 孔。將 NiCr－ NiSi熱電偶絲分別嵌入小孔，使其與小孔過渡配合，在陶瓷基片背面用高溫無機絕緣膠固定熱電偶絲，經(jīng)過研磨使熱電偶端面與陶瓷基片正面平齊，在其上濺射鉭（ Ta）薄膜，厚度 ，在鉭膜片（吸收光輻射）上鍍保護膜 Si3N4（厚度 ）。 薄膜熱電偶 其動態(tài)響應時間為 50μs，線性度好，可在1200℃ 下長期工作，可快速檢測鍛模具外壁面、燃氣動力機壁面的瞬變溫度，此外還可廣泛應用于高空大氣環(huán)境的測量以及沸騰換熱表面瞬態(tài)溫度的快速檢測等。 薄膜熱電偶 熱電堆是由許多熱電偶串接起來組成的，相比熱電偶有更大的輸出熱電勢。熱電堆是根據(jù)賽貝克效應，對半導體材料采用集成電路工藝和各向異性腐蝕的微細加工技術制成的，半導體材料的賽貝克系數(shù)比金屬材料大，適合作溫度傳感器。半導體材料接受紅外輻射能，把紅外輻射能轉換成熱能，再轉換成電信號輸出。熱電堆相當于若干薄膜熱電偶串接，結電壓相加，提高測溫的響應度。 熱電堆 早先的紅外熱電堆探測器是利用掩膜真空鍍膜的方法，將熱電偶材料沉積到塑料或陶瓷襯底上獲得的，但器件的尺寸較大，且不易批量生產(chǎn)。隨著微電子技術的蓬勃發(fā)展，提出了微電子機械系統(tǒng)的概念，進而發(fā)展了微機械紅外熱電堆探測器。 熱電堆 下圖給出微機械紅外熱電堆芯片的基本結構。為建立熱結區(qū)與冷結區(qū)的有效熱傳導，需要構建一定的隔熱結構，現(xiàn)在主要通過薄膜來實現(xiàn)。應用的薄膜結構有兩類，即封閉膜結構 (圖ａ )和懸梁結構 (圖ｂ )，其中封閉膜是指熱堆的支撐膜為整層的復合介質膜，一般為氮化硅與氧化硅復合膜。懸梁則是指周圍為氣氛介質所包圍，一端固定、一端懸空的膜結構，其中膜亦為復合介質膜。 熱電堆 封閉膜結構 2 3 懸梁結構 2 3 熱電堆 熱電堆、熱結區(qū)以及紅外吸收區(qū)都在膜上。熱結位于紅外吸收區(qū)附近 ,當吸收紅外輻射之后 ,此處即成為高溫區(qū)域；冷結區(qū)位于硅襯底上 ,經(jīng)導熱性良好的單晶硅將熱迅速散發(fā) ,形成低溫區(qū)域。 從 隔熱效果 來說，懸梁更具優(yōu)勢，因為這種膜結構的周圍是導熱性能很差的氣氛介質 (如空氣 )，因此熱耗散小，熱阻高，隔熱效果好，同時吸收的熱可以沿著膜的方向，也就是熱電偶對的方向作有效傳導，故熱電轉換效率較好，靈敏度高；而對封閉膜而言，吸收紅外輻射后，熱可以沿著介質支撐膜傳播，而并不完全沿著熱偶對傳播，故熱耗散較大 ,熱電轉換效率低，靈敏度小。 熱電堆 但從 工藝 制造過程以及 成品率 角度來說，封閉膜更具優(yōu)勢，因為這種膜結構的優(yōu)
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