第1章 新型传感器综述1.ppt

二、新型敏感材料 10-11学年第二学期 新型传感器 按形态分有掺杂、微粉、薄膜、块状、纤维等； 按功能可分为力敏、压敏、光敏、色敏、声敏、磁敏、气敏、湿敏等。 半导体敏感材料 10-11学年第二学期 新型传感器 半导体敏感材料可以将多种非电量转换为电量，无论是光、声、热、磁、气、湿等都可以利用相应的半导体材料进行传感。 半导体敏感材料 10-11学年第二学期 新型传感器 材料类型 典型材料 可测物理量 备注 单晶 Si、Ge 力、光、磁 多晶 Si 光、压、热 可制成薄膜 非晶态 a-Si：H 热、应变、光 制作成薄膜 异质结外延 Si 加速度、压力、酶 在蓝宝石上定向外延的单晶膜 化合物 GaAs、InSd、ZnS、CdS、TeCdHg、PbS 力、磁、光、紫外、红外、超声 光导纤维 10-11学年第二学期 新型传感器 光纤作为远距离传输光波信号的媒质，最早用于光通信技术。 光纤传感器的基本原理是将光源入射的光束经由光纤送入调制区，在调制区内，外界被测参数与进入调制区的光相互作用，使光的光学性质如光的强度、波长（颜色）、频率、相位、偏振态等发生变化成为被调制过的信号光，再经由光纤送入光敏器件、调制器而获得被测参数。 光纤传感器 数值孔径： 表示向光纤入射信号光波难易程度的参数。临界入射角大小由光纤本身的性质所决定；光纤的数值孔径越大，表明它可以在较大的入射角范围内输入全反射光，并保证此光波沿纤芯传输。 二、光导纤维及其传光原理 光纤传感器 二、光导纤维及其传光原理 归一化频率： 能够传输较大v值的光纤（即能够传输较多的模）叫多模光纤；仅能传输v值小于2.41的光纤叫单模光纤。单模和多模光纤是最常用的，通称为普通光导纤维。 特殊光导纤维，典型的有保偏光导纤维。 沿纤芯传输的光可以分解为沿轴向和沿径向两部分平面波成分。沿径向的平面波在纤芯与包层的界面处全反射，每一往复传输的相位变化是 的整数倍时，就可以对径向形成驻波，称为“模”。光纤内只能存在特定数目的“模”传输光波。“模”的总数用归一化频率 表示， 在 之间。 高分子材料 10-11学年第二学期 新型传感器 有机分子的分子骨骼几乎都是由强化学键构成，高分子集合体固体的特征是非晶结构，在电气特性上表现为绝缘性。作为敏感材料主要可以用在压电、热释电、光电材料等。 石英晶体 10-11学年第二学期 新型传感器 俗称水晶，其化学成分为SiO2,理想形状为六角锥体。在电轴和机械轴方向具有压电效应，而在光轴方向具有双折射效应。石英晶体是电绝缘的离子型晶体电解质材料。 三、新加工工艺 10-11学年第二学期 新型传感器 1.薄膜加工 （蒸发、溅射、化学气相沉积（CVD）、） 三、新加工工艺 10-11学年第二学期 新型传感器 1.薄膜加工 （蒸发、溅射、化学气相淀积（CVD）、分子束外延（MBE）） 化学气相淀积（CVD）:使用加热、等离子体和紫外线等各种能源，使气态物质经化学反应形成固态物质淀积在衬底上的方法。 三、新加工工艺 10-11学年第二学期 新型传感器 2.光学曝光微加工工艺 3.激光微细加工 4.光纤制造技术 中原工学院 靳莹瑞 新型传感器 第一章 新型传感器综述 新型传感效应 1 新型敏感材料 2 新加工工艺 3 新型传感器的发展方向 4 一、新型传感效应 按引起传感效应的物理量类型来区分，新 型传感效应分为： 光效应 磁效应 力效应 化学效应 生物效应 化学效应 光效应 光电效应： （1）光电导效应 （2）光伏效应 电光效应： （1）科顿（Cotton）效应 （2）光弹效应 光的多普勒效应 1. 光电导效应 新型传感器 光辐射作用使材料的电导率发生变化，而这种变化与光辐射强度呈稳定的对应关系。称为光电导效应。 典型器件：光敏电阻（GeAs） 光电导效应 光电导材料有本征型 和掺杂型 两种类型。 新型传感器 本征型光电导材料只有当入射光子能量hv等于或大于半导材料的禁带宽度Eg时才激发一个电子空穴对，在外电场作用下形成光电流。 掺杂型光电导材料只要入射光子能量hv等于或大于杂质电离能ΔE时就能把施主能级上的电子激发到导带而形成导电电子，在外电场作用下形成电流。 光电导效应 光电导器件的光电流与入射光通量之间存在着一定的关系，称为光电特性