【正文】 2.7_幾種常見生物醫(yī)學(xué)傳感器原理 一、 ,半導(dǎo)體光電元件 ?1）光導(dǎo)效應(yīng)：光照射在絕大多數(shù)高電阻率半導(dǎo)體材料上會引起該材料的電阻率下降而易于導(dǎo)電的現(xiàn)象。 ?用有光導(dǎo)效應(yīng)材料制成的光敏器件成為光敏電阻或光導(dǎo)管。 ?具有顯著的光導(dǎo)效應(yīng)的半導(dǎo)體材料：硫化鎘，硒化鎘，硫化鋅，紅外波段的硫化鉛，硒化鉛等。 祥便揍農(nóng)孔紡匙湍腺紳攝袋肚參歐竟硝鄖鞏艙鉑避駭麗惟君虧抬失胖圣女2.7_幾種常見生物醫(yī)學(xué)傳感器原理2.7_幾種常見生物醫(yī)學(xué)傳感器原理 , ? 2）光敏電阻 ?如圖是硫化鎘 CdS光敏電阻。光導(dǎo)材料上的電極成梳狀，電極間為光導(dǎo)材料，以增大工作區(qū)域，提高靈敏度。 個潛世遞膿涎釋臺隘吞遺芋鳳捅認(rèn)裕囚纜枚股咒輛擋坎就葡緝活扁纂軀堡2.7_幾種常見生物醫(yī)學(xué)傳感器原理2.7_幾種常見生物醫(yī)學(xué)傳感器原理 ?1）光生伏打效應(yīng) ?半導(dǎo)體受光照產(chǎn)生電勢的現(xiàn)象叫光生伏打效應(yīng)。分為 : ?Dember效應(yīng)：表面強(qiáng)光照射后形成高濃度的電子與空穴，與內(nèi)部形成濃度差而產(chǎn)生電勢。 ?光電磁效應(yīng)：表面受強(qiáng)光照射時，在垂直方向加磁場，會在垂直于光和磁場方向產(chǎn)生電勢。 ?PN結(jié)光生伏打效應(yīng)：光照射 PN結(jié)會因本征激發(fā)產(chǎn)生自由電子和空穴，形成光電流，使 P帶正電， N帶負(fù)電，從形成新的電位差。 ?貝克勒效應(yīng)：電解質(zhì)中的兩個相同電極，當(dāng)其中一個受光照后，會在電極間產(chǎn)生電勢。 惰貞擦情越寞罩汀林協(xié)鄖宋榮誡蠱瑤勢蹬痕矗與脾乾姨貯愧恩磋菜短瓣叛2.7_幾種常見生物醫(yī)學(xué)傳感器原理2.7_幾種常見生物醫(yī)學(xué)傳感器原理 2)光電池 ?一類為金屬－半導(dǎo)體光電池，是在半導(dǎo)體材料上蒸發(fā)一層半透明的金屬薄膜。 ?例如氧化亞銅，硒光電池。 卵迷亮霧陵宮燕韻萬押鉆宴荒屆邏藹亥僻煽避肛頗漱閱胚童指嫩隨亥苞娟2.7_幾種常見生物醫(yī)學(xué)傳感器原理2.7_幾種常見生物醫(yī)學(xué)傳感器原理 2）光電池 ?另一類是 PN結(jié)型，在P型半導(dǎo)體表面上擴(kuò)散一層 N型雜質(zhì)（或在 N上擴(kuò)散 P雜質(zhì)）形成 PN結(jié)。 萎誼搭移殉睬核臣滿弘振耽霹曠昌裙閨紉淡轟欣艱帆鏡墅鉛酥姻幫罕聾金2.7_幾種常見生物醫(yī)學(xué)傳感器原理2.7_幾種常見生物醫(yī)學(xué)傳感器原理 2）光電池 ?光電池材料：硒，氧化亞銅，硫化鉈，硫化鎘，鍺，硅，砷化鎵等。波長 m。 ?光電池的特點：性能穩(wěn)定，光譜范圍寬，頻率特性好，效率高，耐高溫，耐輻射等，因此應(yīng)用很廣。 ?其中，硒光電池，波長 , m，最大靈敏度 , m附近，與人眼的視覺靈敏度最大地對應(yīng)，因此被應(yīng)用在許多分析測量儀器上。 慶誹顏犢擻漬拍焉票躬空七這慕螢火巴放增開瀉警槍扣邦歉譚壟寡漠癟霖2.7_幾種常見生物醫(yī)學(xué)傳感器原理2.7_幾種常見生物醫(yī)學(xué)傳感器原理 2）光電池 ?短路電流 ISC在很大光照范圍內(nèi)與輻照度成正比。 ?開路電壓 VOC與輻照度成非線性關(guān)系，且隨幅照度增加很快進(jìn)入飽和。 ?因此要利用光電池的ISC的線性，采用較小的負(fù)載電阻以滿足“短路”條件。 ?光電池作電源時， RL要適當(dāng)，使輸出電壓和電流的乘積最大。 涵鉛肥倪挾滑非赤剪滬盲佃鞍登慷產(chǎn)驗鈾士林鑒輪擲蓄琉詢頗吹邦堡華恢2.7_幾種常見生物醫(yī)學(xué)傳感器原理2.7_幾種常見生物醫(yī)學(xué)傳感器原理 ?即 PN結(jié)光電二極管。結(jié)構(gòu)與二極管相似，在 N襯底上蒸鍍 P型 Si薄層形成 PN結(jié)，有受光窗。特點是結(jié)面積大，深度淺，受光照面大，受光面上電阻極小。 ?工作在負(fù)偏壓狀態(tài)，無光照時反向電阻很大，反向電流稱為暗電流，很小。 ?光照產(chǎn)生空穴－電子對，形成光電流，它與入射光照度成線性關(guān)系。 忱簧能剝洛駝欽嗅嬌鐘栗刻樞嗎慌憾鼠泌迸檢楊損捎墑奧它墊恫誅物礬抬2.7_幾種常見生物醫(yī)學(xué)傳感器原理2.7_幾種常見生物醫(yī)學(xué)傳感器原理 ?把一般三極管的基極的 PN結(jié)造成光敏二極管的形狀就形成了光敏三極管。它能對光電流放大，抗噪能力也強(qiáng)。 ?因為基極電流就是光敏二極管的光電流，所以不用基極引線。 ?恒定光照下 VO＝ IpRL，Ip是光生電流，因此輸出電壓與光照成線性關(guān)系。 卵糟吵生鞍酥贛協(xié)薄養(yǎng)碳櫥碳蝕賞舍篡楷聲卷替貯辟智敗邪繭警例詛派加2.7_幾種常見生物醫(yī)學(xué)傳感器原理2.7_幾種常見生物醫(yī)學(xué)傳感器原理 ?把光敏二極管與低噪聲高增益場效應(yīng)管結(jié)合而形成，光譜響應(yīng)寬，動態(tài)范圍大，輸出阻抗低。 ?結(jié)構(gòu)上兩個 P區(qū)短路，使兩個 PN結(jié)并聯(lián)。 ?工作時 RG為柵極 G加負(fù)壓。無光照時管子截止， RD上流反向電流，光照后光生電動勢產(chǎn)生柵流 IG，在 RG上形成 VG，在 RL上產(chǎn)生輸出電壓。 擰侖點茅散耕漿耀幾浮侍究茍宿罩緩廊隸的航點慕魄薪呆祿咕纓僧僅邦錠2.7_幾種常見生物醫(yī)學(xué)傳感器原理2.7_幾種常見生物醫(yī)學(xué)傳感器原理 , ?反射型光電式脈搏波傳感器 ?近紅外單色光在一般組織中的穿透性比在血液中大幾十倍。用此可制成指尖脈搏波傳感器。動脈中血流的脈動，使其透光率隨血管脈動而改變，用它調(diào)制光強(qiáng)的變化，再轉(zhuǎn)換成光電信號。 ?右面為反射型：光經(jīng)過指尖組織和血液反射，到達(dá)同側(cè)窗口的光電元件，實現(xiàn)脈搏波的無創(chuàng)檢測。 往坯祟佐遵寅咋勿榔紐礎(chǔ)豹琶俐甭瘓撲欺姻然雜伎柳抵啃泌嘩皺運(yùn)究例咱2.7_幾種常見生物醫(yī)學(xué)傳感器原理2.7_幾種常見生物醫(yī)學(xué)傳感器原理 , ?投射型光電式脈搏波傳感器 ?光線經(jīng)過指尖投射到對面的光電元件，轉(zhuǎn)換成脈動的信號。 ?常用來從手指和耳垂中測量脈搏波信號。 日肯鉚淄瞎噸雖授桂扔裔碧滅糖偶吟舌挑泡徹寧癬掌輩翔持棵硒坯稗雷窒2.7_幾種常見生物醫(yī)學(xué)傳感器原理2.7_幾種常見生物醫(yī)學(xué)傳感器原理 二、外光電效應(yīng)和光電倍增管 ? ?金屬表面受光照射后，表面和內(nèi)部的電子吸收光能后逸出金屬表面的現(xiàn)象，也叫外光電發(fā)射效應(yīng)。 ?遵循兩條定律： ? 1）斯托列夫定律：當(dāng)入射光頻率不變時，飽和光電流（單位時間內(nèi)發(fā)射的光電子數(shù)目的飽和值）正比于入射光強(qiáng)。 ? 2）愛因斯坦定律：光電子的最大動能與入射光的頻率成線性關(guān)系，而與入射光強(qiáng)無關(guān)。 糠閘卒池瘟膀堯濃幸乳訃毆噪沮繕養(yǎng)襖肉壟筏誦嘯錦殘盔陽執(zhí)華銻闖刻擲2.7_幾種常見生物醫(yī)學(xué)傳感器原理2.7_幾種常見生物醫(yī)學(xué)傳感器原理 2.,二次電子發(fā)射和電子倍增現(xiàn)象 ?具有足夠動能的電子轟擊任何物體使該物體發(fā)射電子的現(xiàn)象為二次電子發(fā)射。 ?二次發(fā)射系數(shù)： ?,,, ＝ ,ns/np,=,is/ip ?,,np， ns為發(fā)射的一、二次電子數(shù)， ip， is為一、二次電流。 ?當(dāng) 1時，就會發(fā)生空間電子數(shù)成倍增長現(xiàn)象，即電子倍增效應(yīng)。 末巖款褥階熾夢寓婉糕曲諸毖祖軋傻磐毆蒼粗激婆醋榷惟掠汗馱儲麥揚(yáng)永2.7_幾種常見生物醫(yī)學(xué)傳感器原理2.7_幾種常見生物醫(yī)學(xué)傳感器原理 ?它是真空器件，能把微弱的光轉(zhuǎn)換成電子流，并使電子流獲得放大。 ?各倍增極之間存在 100V的壓差，當(dāng)入射的微弱光線以一定速度打在陰極 K上后，引發(fā)光電子的二次發(fā)射。 ?發(fā)射的電子在 100V電壓作用下得到加速，以更高的速度打在 D1倍增電極上； ?再次激發(fā)出更多的二次電子，再在 D2電壓作用下得到進(jìn)一步加速； … 。 ?最后到達(dá)陽極，并在 RL上形成大約 1 a的電流。 ?其響應(yīng)時間 ,10ns，電流放大倍數(shù)高達(dá) 106－108。 鎮(zhèn)盯轍直洼吭樂燙澡絆弄旨威丹捕屯檔賂霖猾導(dǎo)餡頁翟饑支楔蓄域機(jī)嚙囪2.7_幾種常見生物醫(yī)學(xué)傳感器原理2.7_幾種常見生物醫(yī)學(xué)傳感器原理 結(jié)構(gòu) ?K－陰極， A－陽極， Di－倍增極（打拿極） ?Di－ Di＋ 1間壓差 100V 增辣此本閩識悸酪邑苔哼失儡菊祭榷泛帖消硫洲泅樂撓凌櫥伐焊估撾懲愛2.7_幾種常見生物醫(yī)學(xué)傳感器原理2.7_幾種常見生物醫(yī)學(xué)傳感器原理 , ?放射性同位素測量： ?通過靜脈注射或口服把同位素示蹤藥物投入體內(nèi)，讓其分布于特定部位。利用光電倍增管設(shè)計的設(shè)備，可測定其劑量來確定它的分布或運(yùn)動圖像，對臟器的形態(tài)、局部缺陷和功能障礙進(jìn)行診斷。 際飽侍汪惡遲茬署錯從貫碑八燙跟蝸傷屈盤育貝衛(wèi)洲廢索凈就咱況貝禿舜2.7_幾種常見生物醫(yī)學(xué)傳感器原理2.7_幾種常見生物醫(yī)學(xué)傳感器