第6章固態(tài)傳感器-閱讀頁
2024-08-08 12:23本頁面
【正文】 境的相對濕度大小成比例地吸附和釋放水分子。 用 等離子聚合法 聚合的聚苯乙烯因有親水的極性基團(tuán)，隨環(huán)境濕度大小而吸濕或脫濕，從而引起介電常數(shù)的改變。由于氣體種類繁多，性質(zhì)各不相同，因此，實現(xiàn)氣 — 電轉(zhuǎn)換的傳感器種類也很多。 氣敏傳感器 表 61 常見半導(dǎo)體氣敏元件的分類 主要物理特性 類 型 檢測氣體 氣敏元件 電 阻 型 電 阻 表面控制型 可燃性氣體 SnO ZnO等燒結(jié)體、薄膜、厚膜 體控制型 酒精 可燃性氣體 氧氣 氧化鎂、 SnO2 氧化鈦（燒結(jié)體） TFe2O3 非 電 阻 型 二極管整流特性 表面控制型 氫氣 一氧化碳 酒精 鉑 — 硫化鎘 鉑 — 氧化鈦 金 屬 — 半導(dǎo)體結(jié)型二極管 晶體管特性 氫氣、硫 化氫 鉑柵、鈀柵 MOS場效應(yīng)管 半導(dǎo)體氣敏傳感器類型及結(jié)構(gòu) 電阻型 1 ?半導(dǎo)體氣敏傳感器是利用氣體在半導(dǎo)體表面的氧化和還原反應(yīng)導(dǎo)致敏感元件阻值變化而制成的。按其制造工藝可分為 燒結(jié)型、薄膜型和厚膜型 三類。燒結(jié)時埋入加熱絲和測量電極，制成管芯，最后將加熱絲和測量電極焊在管座上，加特制外殼構(gòu)成器件。 薄膜型氣敏器件采用蒸發(fā)或濺射工藝在石英基片上形成氧化物半導(dǎo)體薄膜（其厚度約在 100nm以下），制作方法也很簡單。 這種器件是將氧化物半導(dǎo)體材料（如 SnO2或 ZnO等材料）與硅凝膠混合制成能印刷的厚膜膠，再把厚膜膠用絲網(wǎng)印制到事先裝有鉑電極的絕緣基片上（如 Al2O3等），經(jīng)燒結(jié)制成。 半導(dǎo)體氣敏傳感器類型及結(jié)構(gòu) 非電阻型 2 非電阻型氣敏器件是利用 MOS二極管的電容－電壓特性（ C－ V特性）的變化，以及 MOS場效應(yīng)晶體管（ MOSFET）的閾值電壓的變化等物理特性而制成的半導(dǎo)體氣敏器件。 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。據(jù)此可測定 H2的濃度。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)光的強度，或者說光子的數(shù)目。 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。 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 。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。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 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)。 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。 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。當(dāng)柵源之間加正向偏壓 VGS，且有 VGSVT（閾電壓）時，則柵氧化層下面的硅就反型，從 P型變?yōu)?N型。 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。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
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