微电子传感器与微执行器资料

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传感器与执行器基础课程课件

传感器与执行器基础课程课件

2012-10
3
课程目标
完成本次课程后,学员能够:
➢ 解释传感器的工作原理,并检测其性能; ➢ 解释执行器的工作原理,并检测其性能。
2012-10
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课程内容
➢ 传感器的工作原理和诊断 ➢ 执行器工作原理与诊断
2012-10
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第一章:传感器的工作原理和诊断 第二章:执行器的工作原理和诊断
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2012-10
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温度传感器的特点
2012-10
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温度传感器工作原理
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温度传感器的应用
2012-10
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温度传感器的检测
2012-10
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实操练习二
温度传感器的检测
➢ 实操目标:
– 能够进行温度传感器的性能检测
➢ 操作时间:
– 30min
➢ 注意事项:
– 强调安全注意事项,如:车辆的使用注意事项,万用表的使用 ,设备的维护,连接器的测量
➢ 实操准备:
– 车辆,开关,电路图,拆装工具 – 万用表,探针,三件套
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滑动电阻式传感器工作原理
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滑动电阻式传感器的应用
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滑动电阻式传感器的检测
2012-10
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实操练习三
滑动电阻式传感器的检测
➢ 实操目标:
– 能够进行滑动电阻式传感器的性能检测
– 强调安全注意事项,如:车辆的使用注意事项,万用表的使用 ,设备的维护,连接器的测量
➢ 实操准备:
– 车辆,开关,电路图,拆装工具 – 万用表,探针,三件套
2012-10

第一讲 微传感器与微执行器概述

第一讲 微传感器与微执行器概述

微传感器与微执行器(F340508) , 2014年秋季学期杨斌binyang@2014年9月24日一、课程简介与要求二、MEMS发展历史三、MEMS创新世界四、中国MEMS的发展五、选课的理由微传感与微执行(F340508)上课地点:陈瑞球楼209上课时间:每周一次(周三上课时间:每周次(周三6‐8节13:00‐15:40)学分:3学分(48学时)binyang@sjtu edu cn任课教师:杨斌binyang@参考书:参考主要MEMS领域杂志:参考主要MEMS会议:课程简介:通过深入细致地讲述微传感器与微执行器的基本原理和典型应用,让学生全面了解MEMS器件的研究现状和发展方向,初步掌握微型器件的原理、加工和应用,从而体会并了解到高科技为生产和生活提供快捷和便利的途径,学会独立思考,培养创新意识。

考核方式z平时表现(35%):无故旷课超过2次的视为自动放弃;积极参与课堂回答问题和讨论。

个人报告(35%):每人给定篇最新文献,ppt汇报510分钟z每人给定一篇最新文献,5~10z期末考试(30%):期末测试课次时间题目授课教师12013‐09‐24微传感器与微执行器的历史和现状杨斌22013‐10‐08微机械加工技术杨斌32013‐10‐15力学传感器——微型加速度计杨斌42013‐10‐22力学传感器——压力传感器杨斌52013‐10‐29力学传感器——MEMS麦克风杨斌62013‐11‐05力学执行器杨斌72013‐11‐12化学和生物传感器与执行器杨斌82013‐11‐19微流体器件杨斌92013‐11‐26——射频微器件谐振器与继电器Bio4Apps 国际会议102013‐12‐03微型能量采集器——振动能11月17日至19日112013‐12‐10微型能量采集器——声、热电杨斌122013‐12‐17微型能量采集器——热释电杨斌132013‐12‐24微光学传感器、数字微镜阵列杨斌142013‐12‐31磁传感器杨斌152014‐01‐02磁执行器杨斌磁执杨162013‐01‐08期末大报告学生1出勤率:基本要求1.无故旷课超过2次的视为自动放弃!2.课堂秩序:手机静音,电脑关机,提问举手!3.课堂互动:独立思考,积极提问和回答问题!4思路条理清晰表达明确声音响亮!4.学生口头报告:思路条理清晰,表达明确,声音响亮!教师联系:杨斌,binyang@微纳院2‐218室1、集成电路的发明2、五十年与五个人3、超越摩尔定律4、MEMS的定义1947年12月23日第一个晶体管在贝尔实验室诞生。

微机电系统MEMS简介

微机电系统MEMS简介

陀螺仪
总结词
用于测量或维持方向的传感器
详细描述
陀螺仪是一种基于角动量守恒原理的传感器,用于测量或维持方向。它通过测量物体旋转轴的方向变 化来工作,通常由高速旋转的陀螺仪转子组成。陀螺仪广泛应用于导航、姿态控制、游戏控制等领域 ,如智能手机、无人机和导弹制导系统等。
压力传感器
总结词
用于测量流体或气体压力的传感器
MEMS市场应用领域
消费电子
汽车电子
医疗健康
工业自动化
MEMS传感器在消费电子产品 中的应用广泛,如智能手机、 平板电脑、可穿戴设备等。这 些设备中的传感器用于运动检 测、加速度计、陀螺仪、气压 计等。
随着汽车智能化的发展, MEMS传感器在汽车领域的应 用也越来越广泛,如车辆稳定 性控制、安全气囊、发动机控 制等。
MEMS材料
单晶硅
单晶硅是MEMS制造中最常用的材料 之一,具有高强度、高刚度和良好的 化学稳定性。
多晶硅
多晶硅在MEMS制造中常用于制造柔 性结构,具有较好的塑性和韧性。
玻璃
玻璃在MEMS制造中常用于制造光学 器件,具有较高的透光性和稳定性。
聚合物
聚合物在MEMS制造中常用于制造生 物传感器和柔性器件,具有较好的生 物相容性和可塑性。
集成化
未来的MEMS系统将更加集 成化,能够将多个MEMS器 件集成在一个芯片上,实现 更高效、更低成本的应用。
03
CATALOGUE
MEMS传感器与器件
加速度传感器
总结词
用于测量 物体运动状态的传感器
详细描述
加速度传感器是一种常用的MEMS传感器,主要用于测量物体运动状态的加速度。它通常由质量块和弹性支撑结 构组成,通过测量质量块因加速度产生的惯性力来计算加速度值。加速度传感器广泛应用于汽车安全气囊系统、 手机和平板电脑的姿态控制、运动检测等领域。

微型机电传感器与执行器的设计与制造

微型机电传感器与执行器的设计与制造

微型机电传感器与执行器的设计与制造摘要:本文介绍了微型机电传感器与执行器的设计与制造的研究内容和方法。

首先,我们对微型机电传感器与执行器的概念进行了阐述,并讨论了其在现代科技领域中的重要性。

接着,我们介绍了微型机电传感器与执行器的设计过程,包括材料选择、结构设计、工艺制备等关键步骤。

然后,我们详细讨论了微型机电传感器与执行器制造中常用的技术和方法,如微加工、微组装、微封装等。

最后,我们总结了目前微型机电传感器与执行器设计与制造领域存在的挑战和发展方向,并展望了未来的研究方向。

关键词: 微型机电传感器、微型机电执行器、设计、制造、微加工引言微型机电传感器与执行器是微纳技术与机电一体化相结合的产物,具有小尺寸、低功耗、高性能等特点,在汽车领域、生物医学领域、航空航天领域等有着广泛的应用。

随着科技的不断进步,人们对微型机电传感器与执行器的设计与制造提出了更高的要求。

因此,研究微型机电传感器与执行器的设计与制造方法对于推动科技发展和产业进步具有重要的意义。

1微型机电传感器与执行器的概念和重要性微型机电传感器和执行器是利用微纳技术与机电一体化原理设计和制造的小尺寸、高性能的传感器和执行器。

它们在微米和纳米尺度下,通过微加工技术制备出复杂的结构,并集成电子、机械和光学等功能,具有灵敏度高、体积小、响应速度快等特点。

微型机电传感器是能够将各种物理量转换为电信号的装置,用于测量、检测和监控环境中的物理量或状态。

微型机电传感器能够感测温度、压力、加速度、流速、湿度等多种物理量,并将其转化为电信号进行处理和控制。

微型机电执行器是能够将电信号转换为机械运动或执行特定任务的装置,用于驱动和控制系统中的机械部件。

微型机电执行器能够实现精确的位置控制、快速的响应速度和高效的能量转换,广泛应用于精密定位、精密操控和微操作等领域。

微型机电传感器和执行器在科技领域中具有重要的应用和意义。

它们在各个领域中都发挥着重要作用,例如:1.1 医疗领域:微型机电传感器用于生物医学检测和体内监测,如血压传感器、血糖传感器和心脏监测器等,可以提供准确的生理参数和病情监测。

微机电系统MEMS简介

微机电系统MEMS简介

OMOM智能胶囊消化道内窥镜系统
• 金山科技集团研制的胶囊内镜
“胶囊内镜”是集图像处理、信息通讯、光电工程、生 物医学等多学科技术为一体的典型的微机电系统 (MEMS)高科技产品,由智能胶囊、图像记录仪、手 持无线监视仪、影像分析处理软件等组成。
工作时间:8小时左右 视 角 度:140度 视 距:3cm 分 辨 力:0.1mm 体 积:13mm ×27.9mm 重 量:<6g 外 壳:无毒耐酸耐碱高分子材料
20世纪80年代:
“表面微加工”技术在加速度计、压力传感器和其 他微电子机械结构制作中得到了应用。
20世纪80年代后期:
MEMS在世界范围内受到了广泛重视,在美国、欧洲和 亚洲,投入的研究资金和研究人员都以令人惊讶的速 度在大幅增长。MEMS正在处于蓬勃发展的关键时期, 不断地有新型器件和新型技术给予报道,人们见证了 基于MEMS技术的喷墨打印头、压力传感器、流量计、 加速度计、陀螺仪、非冷却红外成像仪和光学投影仪 等设备的不断开发和产业化的进程。(如同IC)
美国提出的硅固态 卫星的概念图,这 个卫星除了蓄电池 外,全由硅片构成 ,直径仅15cm。
生物医疗和医学上的应用
微机械技术在生物医疗中的应用尤其令人惊叹。例如:将微型传感器用 口服或皮下注射法送入人体,就可对体内的五脏六腑进行直接有效的监测。 将特制的微型机器人送入人体 ,可刮去导致心脏病的油脂沉积物,除去体内的 胆固醇,可探测和清除人体内的癌细胞 ,进行视网膜开刀时 ,大夫可将遥控机 器人放入眼球内,在细胞操作、细胞融合、精细外科、血管、肠道内自动送 药等方面应用甚广。 MEMS的微小可进入很小的器官和组织和能自动地进行细微精确的操作的特 点 ,可大大提高介入治疗的精度 ,直接进入相应病变地进行工作 ,降低手术风 险。同微电子,集成电路,IC,工艺,设计,器件,封装,测试,MEMS时,可进行基因 分析和遗传诊断 ,利用微加工技术制造各种微泵、微阀、微摄子、微沟槽、 微器皿和微流量计的器件适合于操作生物细胞和生物大分子。所以,微机械 在现代医疗技术中的应用潜力巨大,为人类最后征服各种绝症延长寿命带来 了希望。

第5章微传感器和微执行器(第2部分)

第5章微传感器和微执行器(第2部分)

压电式微执行器实例(2)
德国Ilmenau技术大学研制的压电致动硅微 无阀泵,其最大流量为7.5mL/min,最大背 压为2.8kPa。
压电式微执行器实例(3)
压电扫描隧道显微镜探针
压电扫描隧道显微镜探针的运动模式为
压电式微执行器实例(4)
如图所示将一片晶体安装在微执行器的一根弹 性硅梁上。在压电晶体上加电压使其产生形变, 引起弹性硅梁的弯曲。压电晶体致动器在微定 位机构和微型夹具等方面都有应用。
右图是Sandia国 家实验室研制的一 种齿轮传动的机械 装置。
静电悬臂驱动
利用了驱动电压与梁末端偏移量之间的关系。
从工程力学理论可以知道,宽度为w的悬臂梁,在距固定端 X处施加集中载荷时,梁末端的偏移量δT可由下式给出:
其中,距离梁固定端x处的静电力q(x)为 :
静电式微执行器实例(1)
静电旋转微型马达
静电式微执行器实例(3)
静电致动微泵
微泵的尺寸为,由静电 驱动膜片、被动阀、进 口和出口组成。泵用峰 值为150~200V、频率从 0.1Hz到10kHz的电压脉 冲驱动。该泵的最大流 速可达到250-850L/min (正向)和 200-350 L/min(反向)。在供 电电压为200V时,可达 到最最大大流背速压为为853010Lc/mmiHn。2O,
• 利用FET栅的位移敏感的加速度传感器
加速度计的振动质量块是 FET的栅,从而栅与沟道之 间的距离与施加的加速度 有关,距离的变化将使晶 体管的阈值电压UT的值发 生变化。
• 射频谐振敏感——谐振式压力传感器
平面螺旋电感覆盖在有低温共 烧陶瓷制成的压敏薄膜上。电 感的中央接触尺寸被有意放大, 使其能与对面的电极表面构成 一个可观的电容。如果压力发 生变化,薄膜将产生形变位移, 相应的电容值将发生变化。同 时电感值也会随着薄膜的弯曲 而改变。即谐振电路的谐振频 率与压力有关。

21微传感器与微执行器

21微传感器与微执行器


ε-极板间绝缘介质的介电常数; S-极板面积; U-电压; d-电极间距。

改变电压(40-200V),极板间的距离可变化几个 微米,能产生较大的驱动力。
静电微泵
结构 由四层体微加工的硅片以及电极组成。其
中上两层结构为固定电极和可动电极组成的驱动 部分,下两层构成入口和出口阀。 原理 在电极上加电压时,可动膜片向上变形, 在泵体内形成负压,入口阀打开,液体流入泵内。 电压撤消后,膜 片在弹性力作用下恢 复原位,泵体内压力 增加,出口阀打开, 液体排出泵体。
静电微阀
用氧化硅薄膜作可动电极。阀门腔体腐蚀成 型后得到的氧化硅薄膜自然向上拱曲,阀门 打开。加电压后薄膜被吸引向下拱曲,将阀 门关闭。
2.压电执行器 压电材料特性 外加电场会引起材料变形,反之, 加外力使材料变形时会产生电场。 工作原理 圆柱体中间部分由压电材料制成,图a为 未加电压时的原始位置。将圆柱左侧 夹紧固定,给压电材料加电压,圆柱 体处于图b的位置,右侧右移x。若再 将右侧夹紧固定,并取消电压,则圆 柱体变成图c的位置,整个圆柱体向右 移动x。设计和采用各种巧妙的机械结 构,可以制成各种压电执行器。



3)微型隧道式加速度传感器 隧道效应 一个纳米尺度的极细探针与另一个导电的检测表 面形成两个电极,两极非常接近时(通常为1nm),电子穿 过两极之间的空隙形成隧道电流。当空隙增大时,电流以指 数函数衰减。空隙增大0.1nm,电流减小一个数量级,灵敏 度极高。 采用质量块-悬臂量结构。质量块上有一个极细的探针和检 测电极构成导电隧道。隧道电流的大小与质量块偏移有关, 从而可检测出加速度。也可采用静电力平衡方式,使质量块 和探针不动,由电压变化来测量加速度。这类微加速度传感 器灵敏度很高。

信息与通信第7讲传感器与执行器课件

信息与通信第7讲传感器与执行器课件

[信息与通信]第7讲 传感器与执行
2024/4/3

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6.2 汽车中的传感器(续)
霍尔位置传感器:利用半导体的磁电转换原理进行工作。霍 尔元件是一种半导体四端薄片。
霍尔式曲轴位置传感器有两个部件,一个是由导磁材料 制成的触发叶轮,另一个是霍尔信号发生器。触发叶轮上 的叶片数与发动机的气缸数相同,触发叶轮由分电器带动。
[信息与通信]第7讲 传感器与执行
2024/4/3

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6.1 概述(续)
动态特性:指输入变化时,传感器的输出特性。 实际工作中,传感器的动态特性常用它对某些标准输入 信号的响应来表示。 对标准输入信号的响应与对任意输入信号的响应之间存 在一定的关系,往往知道了前者就能推定后者。 最常用的标准输入信号有阶跃信号和正弦信号两种,所 以传感器的动态特性也常用阶跃响应和频率响应来表示。
[信息与通信]第7讲 传感器与执行
2024/4/3

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6.3 汽车中的执行器(续)
步进电机
将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。
在非超载的情况下, 电机的转速、停止的位 置只取决于脉冲信号的 频率和脉冲数,而不受 负载变化的影响,即给 电机加一个脉冲信号, 电机则转过一个步距角。
2024/4/3

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6.1 概述(续)
按工作原理 电学式传感器 磁学式传感器 光电式传感器 电势型传感器(热电效应、光电效应、霍尔效应) 电荷传感器 半导体传感器 谐振式传感器 电化学传感器
按输出信号的性质 开关型传感器
[信息与通信]第7讲 传感器与执行
2024/4/3

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6.1 概述(续)
有些发动机上专门设汽油泵ECU,通过控制加到汽油泵电动 机上的不同电压来实现对汽油泵转速和泵油量的控制。

职业经理人-第五章 传感器与执行器 精品

职业经理人-第五章 传感器与执行器 精品

第五章传感器与执行器一、传感器概述传感器的概念:指能感受规定的物理量,并按照一定规律转换成可用输出信号的器件或装置。

简单的说,传感器即使把非电量转换成电量的装置。

汽车传感器的工作条件极为恶劣,因此,传感器能否精确可靠地工作至关重要。

在该领域中,理论研究及材料应用发展迅速,半导体和金属膜技术研究及材料应用技术发展迅速,半导体和金属膜技术、陶瓷烧结技术等得到迅猛发展。

智能化、集成化和数字化将是传感器的未来发展趋势。

传感器通常由敏感元件、转换元件及测量电路组成。

敏感元件是指能直接感受被测量的部分。

转换元件是指能将非电量转换成电量的部分。

有些敏感元件可以直接输入电量。

测量电路是指将转换元件输入的电量经过处理,以便进行显示、记录和控制的部分。

测量电路中较多的使用电桥电路。

比如后面要讲到的热线式空气流量计。

传感器的种类比较多,像我们一般碰到的传感器一般有:温度传感器(冷却水温度传感器THW,进气温度传感器THA);流量传感器(空气流量传感器,燃油流量传感器);进气压力传感器MAP节气门位置传感器TPS发动机转速传感器车速传感器SPD曲轴位置传感器(点火正时传感器)氧传感器爆震传感器(KNK)传感器的特征参数也有很多,且不同类型的传感器,其特征参数的定义和要求也各有差异。

下面我们来介绍一些主要的、通用的静态特性参数指标的定义。

1、灵敏度概念:灵敏度是指温态时传感器输出量y与输入量x之比,或者是传感器输出量y的增量与输入量x的增量之比。

灵敏度用K表示为K=dy/dx,线性传感器的灵敏度为一常数,而非线性的传感器的灵敏度是随输入量变化的。

2、分辨率概念:传感器在规定的测量范围内能够检测出的被测量的最小变化量。

由于分辨率要受到嘈声的限制,我们就用相当于嘈声电平N若干倍C 的被测量表示分辨率,即M=/K,式中,M为最小检测量;C取1-5。

3、测量范围和量程在允许的误差范围内,被测量的下限到上限之间的范围称为测量范围。

第5章-微传感器和微执行器

第5章-微传感器和微执行器
列显著能级、类似氢的分子)。
当入射光光子的能量大于被照射材料的逸出功 时,就有光电子发射,称为外光电效应。
利用这种效应制成的传感器有真空光电管、光 电倍增管等。
当物体受光照射后,其内部原子释放出电子,但 这些电子并不逸出物体表面仍留在内部,使物体 的电阻率发生变化或产生光电动势的现象称为内 光电导效应。前者称为光电导效应,后者称为伏 打效应。
dS2
d 100%
d
采用差动电容结构可以大大减小传感器输出的非线性:
C1
A 0
A C2 0
1 1 2 C1 C2 A
C2 C1 C2 C1 0
(3)隧道电流敏感原理
在距离十分接近的隧道探针与电极之间加一个偏置电压, 当针尖和电极之间的距离接近纳米量级时,电子就会穿过 两者之间的势垒,形成隧道电流。
利用半导体光电导效应可制成光敏电阻
其基本原理是辐射时半导体材料中的电荷 载流子(包括电子和空穴)的增殖使其电阻率 发生变化。 光中的光子和固体中吸收光的电子的相互作用 原理在量子物理学中已经比较完善。
微光学传感器已经可以测量出光的强度。具有 强光电效应的固态材料可用作这种传感材料。
如图所示,当透光性较强的半导体基体A接受光子能量后, 两光敏电阻的连接处可产生电势。产生的电势可以通过电 桥电路中电阻的改变测量出来。
E
压阻变化的具体过程
电阻的基本关系式 电阻率的变化率 电阻的变化率
L
R A
d π
d R π 1 2d L π E 1 2 K
R
L
其中,
KπE12
π为压阻系数
1)金属电阻的改变主要由材料几何尺寸的变化
引起,因此 1起2主要作用;
2)半导体电阻的改变主要由材料受力后电阻率的 变化引起,因此 起πE主要作用;
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(一)光敏器件所探测的光谱范围:从红外光、可见光到紫外 光。仅仅占电磁辐射频谱的极小范围,光的波长从几十nm到 106nm范围。
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图 电磁波的频谱及光敏传感器的响应范围
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本征吸收过程:价带电子吸收了能量大于或等 于禁带宽度的光子后,直接跃至导带,产生自由电子 并在价带留下自由空穴。因此,本征吸收时每吸收 一个光子就产生一个电子空穴对。
铅),InSb(锑化銦)等。其中,硅是研究得最深
入最透彻的一种材料,原料丰富、工艺成熟、适
合202于1/2/2制1 作多种光敏器件。
4
2.结合半导体光电效应和器件原理的研究, 广泛地试验和发展了各种类型的光敏器件。 可供实用的光敏器件就有光电导器件、光敏 二极管、光敏晶体管、雪崩光敏二极管、场 效应光敏管、光电耦合器件、电荷耦合光敏 器件、组合型阵列型光敏器件等。
基本原理:光敏传感器的基本工作原理主要是基于 半导体内的光电效应和光生伏特效应。
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1.1.1 光敏器件的发展历程
如 果 以 1919 年 T.W.Case 取 得 硫 化 铊 TlS(Ta,Tuo)光电导探测器专利算起,半导体光敏 器件出现至今已有90多年。但有较大发展是从60、 70年代开始,随着半导体技术以及新材料、新器件、 新工艺的发展,光敏器件也进入一个新的发展阶 段。
由于每个光子的具有的能量为 E=hv,本征吸 收过程中被吸收的光子要满足如下条件:
h Eg
h为普朗克常数=6.63×10-34 J/s,v为频率,Eg 为介质材料的禁带宽度。
本征吸收谱是连续谱,因为导带是由一系列能量 间隔很小的能级组成,并且本征吸收有低频限:
0 Eg / h
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2021/2/21
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1。光生载流子将使半导体的电导率增大,这 就是光电导效应。利用该效应可制造光电导器 件。
2。若半导体样品沿光照方向足够厚,则光生 载流子将沿此方向出现浓度梯度,在光照方向 会出现电位差,使样品内出现一个电动势,该 效应为丹倍效应。
3。如果在上面的样品两侧加上磁场,则光 生电子和光生空穴在沿光照方向扩散时,会受 到洛伦兹力作用,向两个相反方向偏转。从而 在样品的另外两侧产生电动势。即产生光电磁 效应。该效应可以制作光电磁(PEM)探测器。
基本机理:半导体价(jie)带中束缚的 电子在吸收光子后,若能够跃迁到导带,则会 产生电子空穴对;若只能跃迁到杂质或缺陷的 束缚能级,则会产生空穴。而杂质、缺陷能 级上的束缚电子在吸收光子后也可以跃迁到 导带,成为自由电子。所有这些由光辐射激 发的载流子可统称为光生载流子。入射光在 半导体内激发了载流子后,就会出现一些光 电效应,它们对材料电特性的影响如下:
第三章 光敏传感器
第一节 光敏器件概述 第二节 光电导效应及光伏效 第三节 光敏器件的结构及工作原理 第四节 不同结构的光敏二极管 第五节 电荷耦合成像器件CCD
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本章内容:
首先介绍半导体光敏器件的物理基 础:光电效应和光生伏特效应。然后介绍 各种光敏传感器结构和基本工作原理。
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第一节 光敏器件概述
1.1 光敏传感器定义及类型
定义:光敏传感器是能够把入射光转换成对应电信 号的电子器件。
光敏传感器类型:光电导器件、光敏二极管(包括 PN结、PIN、肖特基势垒、异质结、雪崩光敏二极 管等)、光敏晶体管(含异质结光敏晶体管)、光 电耦合、集成光敏器件、特种光敏器件、电荷耦合 器件及其阵列等等。还有一个大类就是太阳电池。
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4。*在PN结、肖特基结等具有内建电场的半导体样 品中,光生载流子将受到内建电场的作用,作反方向 运动,产生光生电动势。这就是光伏效应。利用该 效应可以制作多种光敏器件。这是本章重点内容之 一。
5。自由载流子吸收相应于带内跃迁,不产生光生载
流子,一般也不引起电学效应。但如果入射的光子
密度足够强,使自由载流子在吸收了光子后明显地
改变了按照动量的分布,产生了沿光子流方向的平
均速度,则也会产生沿光照方向的电动势,出现光
压效应和光子牵引效应。光子牵引效应产生于自由
载流子受光子推动所产生的运动,是入射光子与自
由载流子间动量交换的结果。可望用于红外激光系
统中作探测器。
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1.2 半导体的光学性质
1.出现了数十种可以用于制作光敏器件的半导体
材料,它们的结构有单晶、多晶薄膜、非晶;有元
素半导体和化合物半导体。如对紫外光敏感的
CdS,ZnO,ZnS,CdSe(硒化镉)等,对可见光敏感
的Se,TiS(硫化钛),BiS(硫化铋bi),CdS以及
Si,Ge 等 。 对 红 外 光 敏 感 的 PbS,PbTe( 碲 化
3.薄膜工艺的研究发展以及平面工艺、集成 电路技术的发展,也使光敏器件向功能模块 化、集成化发展提供了技术保证。CCD固体 摄像技术、数码相机、高精度红外遥感、辐 射测量、光纤通信等技术的发展也反过来促 进光敏器件继续不断发展。
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1.1.2 半导体的光电效应
半导体吸收光子后会产生各种宏观可测的物理 效应。例如:晶格振动在吸收光子后会使半导体的 温度升高,产生光-热效应。半导体光电效应则是 半导体中束缚电子在吸收光子后所产生的电学效应, 是各类光敏器件的基础。
半导体光电效应可以分成内光电效应和外光电 效应两大类。
一、半导体内的电子在吸收光子后,如果能克 服表面势垒逸出半导体表面,就会产生外光电效应 或称为光电子发射效应。利用这一效应可以制作半 导体阴极真空光电器件,如高质量光电倍增管的阴 极就是用半导体砷化镓制成。
2021/2/21
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二、如果半导体内的电子吸收光子后不 能跃出半导体,则所产生的电学效应称为内光 电子效应。它是光敏传感器的物理基础。
或者本征吸收长波限( 0 c / 0 ):
0
hc Eg
1.24(m)
Eg
(Байду номын сангаас-7)
频率低于v0或波长长于λ0的入射光,不能参与 本征吸收。
硅材料 Eg(Si)=1.12eV,长波限λ0=1.1μm; 砷化镓材料的禁带宽度 Eg(GaAs)=1.43eV,长 波限 λ0 =0.867μm。
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