第6章固態(tài)傳感器-資料下載頁
2025-07-20 12:23本頁面
【正文】 半導(dǎo)體氣敏器件。由于這類器件的制造工藝成熟，便于器件集成化，因而其性能穩(wěn)定且價(jià)格便宜。 半導(dǎo)體氣敏傳感器類型及結(jié)構(gòu) 以 MOS二極管氣敏器件為例，在 P型半導(dǎo)體硅片上，利用熱氧化工藝生成一層厚度為 50～ 100nm的二氧化硅（ SiO2）層，然后在其上面蒸發(fā)一層鈀金屬薄膜，作為柵電極，如圖 615所示。由于 SiO2層電容 Ca是固定不變的， Si－ SiO2界面電容 Cs是外加電壓的函數(shù)，所以總電容 C是柵偏壓的函數(shù)，其函數(shù)關(guān)系稱為該 MOS管的 C－ V特性 。由于鈀對氫氣（ H2）特別敏感，當(dāng)鈀在吸附了 H2以后，會使鈀的功函數(shù)降低。導(dǎo)致 MOS管的 CV特性向負(fù)偏壓方向平移，如圖 616所示。據(jù)此可測定 H2的濃度。 半導(dǎo)體色敏傳感器 半導(dǎo)體色敏傳感器是半導(dǎo)體光敏感器件中的一種，是基于內(nèi)光電效應(yīng)將光信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘柕墓廨椛涮綔y器件。但不管是光電導(dǎo)器件還是光生伏特效應(yīng)器件，它們檢測的都是在一定波長范圍內(nèi)光的強(qiáng)度，或者說光子的數(shù)目。而半導(dǎo)體色敏器件則可用來 直接測量 從可見光到近紅外波段內(nèi)單色幅射的波長。 半導(dǎo)體色敏傳感器的基本原理 半導(dǎo)體色敏傳感器相當(dāng)于兩只結(jié)構(gòu)不同的光電二極管的組合，故又稱光電雙結(jié)二極管。 P＋ － N－ P不是一個(gè)三極管，而是結(jié)深不同的兩個(gè)PN結(jié)二極管，淺結(jié)的二極管是 P＋ N結(jié)；深結(jié)的二極管是 PN結(jié)。 在半導(dǎo)體中不同的區(qū)域?qū)Σ煌牟ㄩL分別具有不同的靈敏度 。正是由于這一特性使得這種器件可以用于顏色的識別，也就是可以用來測量入射光的波長。將兩只結(jié)深不同的光電二極管組合，就構(gòu)成了可以測定波長的半導(dǎo)體色敏傳感器。 半導(dǎo)體色敏傳感器的基本特征 表示半導(dǎo)體色敏器件所能檢測的波長范圍。圖 618(a)給出了國內(nèi)研制的 CS－ 1型半導(dǎo)體色敏器件的光譜特性，其波長范圍是 400～ 1000nm。 光譜特性 短路電流比－波長特性 溫度特性 半導(dǎo)體色敏傳感器的基本特征 表征半導(dǎo)體色敏器件對波長的識別能力，是賴以確定被測波長的基本特性。 光譜特性 短路電流比－波長特性 溫度特性 半導(dǎo)體色敏傳感器的基本特征 由于半導(dǎo)體色敏器件測定的是兩只光電二極管的短路電流之比，而這兩只光電二極管是做在同一塊材料上的，具備基本相同的溫度系數(shù)。這種內(nèi)部的補(bǔ)償作用使半導(dǎo)體色敏器件的短路電流比對溫度不十分敏感，所以通?？刹豢紤]溫度的影響。 光譜特性 短路電流比－波長特性 溫度特性 離子敏感器件 離子敏感器件是一種對離子具有選擇敏感作用的場效應(yīng)晶體管。它是由離子選擇性電極(ISE)與金屬－氧化物－半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管（ MOSFET）組合而成，簡稱 ISFET。 ISFET是用來測量溶液（或體液）中的離子活度（即指溶液中真正參加化學(xué)反應(yīng)或離子交換作用的離子有效濃度）的微型固態(tài)電化學(xué)敏感器件。 在柵極 G不加偏壓時(shí)，柵氧化層下面的硅是 P型，而源漏是 N型，故源漏之間不導(dǎo)通。當(dāng)柵源之間加正向偏壓 VGS，且有 VGSVT（閾電壓）時(shí)，則柵氧化層下面的硅就反型，從 P型變?yōu)?N型。這個(gè) N型區(qū)就將源區(qū)和漏區(qū)連接起來，起導(dǎo)電通道的作用，稱為溝道，這種類型稱為 N溝道增強(qiáng)型MOSFET。 ISFET的結(jié)構(gòu)與工作原理 ISFET的結(jié)構(gòu)與工作原理 如果將普通的 MOSFET的金屬柵去掉，讓絕緣體氧化層直接與溶液相接觸；或者將柵極用鉑膜作引出線，并在鉑膜上涂覆一層離子敏感膜，就構(gòu)成了一只 ISFET。 當(dāng)將 ISFET插入溶液時(shí)，被測溶液與敏感膜接觸處就會產(chǎn)生一定的界面電勢，這一界面電勢的大小將直接影響了 VT的值，漏源電流的大小又與 VT值有關(guān)。因此 ISFET的漏源電流將隨溶液中離子活度的變化而變化，于是從漏源電流的大小就可以確定離子的活度。 特點(diǎn) 應(yīng)用 阻抗 優(yōu)勢 全固態(tài)化結(jié)構(gòu) 易于 集成 無機(jī)離子檢測 環(huán)境 保護(hù) 其他 方面 響應(yīng)速度快 ISFET的特點(diǎn)和應(yīng)用
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