敏感元件叉指结构电极间薄膜分布电阻的计算

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pvdf上下电极电容_感应电阻_概述说明以及解释

pvdf上下电极电容感应电阻概述说明以及解释1. 引言1.1 概述PVDF上下电极电容和感应电阻是电子领域中的两个重要概念。

PVDF，全名为聚偏氟乙烯（Polyvinylidene fluoride），是一种具有高绝缘性能和良好的机械强度的材料。

它在电容传感器领域有着广泛的应用。

而感应电阻则是一种通过无接触方式来测量电阻值的技术，其工作原理基于电感耦合效应。

1.2 文章结构本文将分为五个部分进行讨论。

首先，在引言部分，我们将对PVDF上下电极电容和感应电阻进行简要介绍，并明确文章的结构。

然后，在第二部分，我们将详细说明PVDF上下电极电容的概念、特性以及工作原理，并介绍其在实际应用中的领域。

紧接着，在第三部分，我们将对感应电阻进行总体概述，包括定义、原理、特点以及实际应用情况。

在第四部分，我们将解释PVDF上下电极电容与感应电阻之间存在的联系，并通过案例研究展示它们在实际中的协同作用。

最后，在结论部分，我们将总结讨论的结果，并对PVDF上下电极电容和感应电阻领域的未来发展进行展望。

1.3 目的本文旨在全面介绍PVDF上下电极电容和感应电阻的概念、原理、特点以及实际应用情况，并通过解释它们之间的联系，探讨它们在功能增强或优化方面的机制和效果评估方法。

同时，本文也希望能够为读者提供对PVDF上下电极电容和感应电阻领域未来发展方向的展望。

2. PVDF上下电极电容:2.1 PVDF的概念和特性:PVDF（聚偏氟乙烯）是一种高分子材料，具有优异的电学性能和机械性能。

它具有极高的介电常数和压电效应，使其成为制造传感器和微波元件等应用中的理想材料。

此外，PVDF还具有较宽的工作温度范围、优异的耐化学腐蚀性能以及良好的耐老化性。

2.2 PVDF上下电极电容的原理:PVDF上下电极电容是一种利用PVDF材料制造的柔性电容器。

它由两块金属电极夹持着一层薄膜状PVDF材料组成。

当施加外加电压时，PVDF材料将发生压电效应，产生正负极化。

叉指电极间分布电阻的计算方法与软件设计

维普资讯
本目任辑谢媛栏责编：媛
・・・开发研究与设计技术・・・・
叉指电极间分布电阻的计算方法与软件设计
许万里
（门海洋职业技术学院，建厦门３１１）厦福６０２摘要：论文给出了薄膜敏感元件叉指电极间薄膜分布电阻的计算方法，电阻型敏感元件的设计提供理论上的指导。并根据理论本为公式，计了一款简单易用的软件，以很方便的计算给定叉指电极间的薄膜分布电阻。设可关键词：感元件；敏叉指电极；布电阻；算软件分计
ｓ・＜
Ｐ号极Ｌ热般加信电
＆Ｏａｓｉ
图４又指电极问薄膜电阻的分割
图１微结构传感器的衬底结构示意图
其中电阻Ｒ、：以按方块电阻来计算，而电阻Ｒ、４．Ｒ可，Ｒ的计算就只能采用积分的方法。设一个周期叉指电极间的分布电阻为Ｒ，然一个周期中含有两个Ｒ、：四个Ｒ、４Ｒ为这些电阻的显．，Ｒ，Ｒ，
并联．即
１２２４４，＾、
其中的信号电极形状如图２所示。之所以用叉指电极，要主是因为这样可以减小器件尺寸，且易于控制其中敏感电阻的大并
１引言
传感器的类型『１很多，中很重要的一种就是气敏传感元１有其

半导体敏感元件(力敏)

4. 压阻式压力传感器设计
沈阳工业大学
V0 =
R1
Vo
4.1压阻全桥原理
B恒压源
R2 VB R3
R 1 ＋△ R 1
R2-△ R2 Vp
受力后
VB
R3＋△ R3
R4
R4-△ R4
恒压源供电
R1 R3 − R2 R4 VB ( R1 + R2 )( R3 + R4 )
恒压源供电
V p = VB ∆R / R
大学
tgψ =
BB ' AB
称为切变角。称为切变角 ≈ ψ ,ψ称为切变角。
切应力：若截面受力均匀，切应力：若截面S受力均匀，则切应力受力均匀
τ = F/S
切应力互等定律：切应力互等定律：作用于两个互相垂直截面,且垂直于两截面交线的切应力相等，τ=τ' 作用于两个互相垂直截面且垂直于两截面交线的切应力相等，且垂直于两截面交线的切应力相等
R1,3
R2
(100)面圆形膜片电阻排布方式1
(100)面圆形膜片电阻排布方式2
4. 压阻式压力传感器设计
沈阳工业大
因此 (a）圆形膜片在（110）面上
4.2传感器膜片结构
π L = 1 2 π 44
R1
R4
R2 R3
[110] [001] 很小
[110]
π t = 0 = π 12
学
∆R ( )1,3 = 1 π 44σ r > 0 2 R ∆R ( ) 2 , 4 = 1 π 44σ r < 0 2 R
π t ≈ − 1 2 π 44
2a
∆R 1 = π (σ − σ t ) 2 44 L R

薄膜压力传感器敏感芯体薄膜的结构及技术要求

薄膜压力传感器敏感芯体薄膜的结构及技术要求薄膜压力传感器敏感芯体的功能薄膜一般采用多层薄膜结构，这些功能薄膜一般是采用真空离子束溅射工艺生产，由于敏感薄膜厚度一般在100nm以下，因此我们也称其为纳米薄膜，采用离子束溅射工艺生产制造的压力传感器有时称为纳米薄膜压力传感器。

泽天电子是这种薄膜压力传感器的专业制造厂家。

薄膜压力传感器的薄膜衬底是圆形特种材料金属弹性体。

第一层功能薄膜是起隔离作用的介质绝缘薄膜，通常采用SiO2、Al2O3或复合结构。

第二层薄膜是起应变作用的金属敏感薄膜，通过光刻工艺形成电桥应变电阻，成为压力敏感芯体的核心，其材料业内一般采用Ni-Cr合金、NiCrMnSi合金制备。

第三层是钝化保护介质薄膜，这层薄膜主要用来保护应变电阻和隔离空气、水气，防止应变薄膜氧化、腐蚀等造成应变电阻的不稳定性。

钝化保护介质薄膜一般是采用SiO2、Al2O3等材料。

第四层薄膜是金丝引线用的窗口镀金薄膜，它与应变电阻膜接触，实现电气引出。

根据薄膜压力传感器的薄膜所起作用的不同，对各层薄膜的质量要求也不同，对于绝缘薄膜，要求应变电阻与传感器的壳体间的绝缘性电阻为100000MΩ以上，耐压100VDC以上，而绝缘电阻5000MΩ以上。

同时，绝缘薄膜与弹性体的表面粘附力高。

在量程范围内，弯曲变形超过10000000次循环不失效。

要求绝缘薄膜与弹性体的热膨胀系数基本一致，不因它们之间的差异引起内应力，从而造成传感器的输出不稳定，对制成的薄膜压力传感器蠕变要小。

除金属弹性体的严格热处理外，要求沉积在其上的介质绝缘薄膜附着力高、致密无针孔、空洞等缺陷。

如有蠕变产生，则会增加零点漂移误差，降低传感器的非线性。

绝缘薄膜含杂质量少，无吸附气体。

这样，能防止使用过程中杂质的迁移和气体释放所造成绝缘性能降低，漏电流增大，甚至绝缘失效。

总之，介质绝缘膜层要具有高的电阻系数；高的击穿电压；优良的绝缘性能；对弹性体的良好附着性；良好的弹性变形的传递性；高的热稳定性。

敏感元器件

敏感元器件1．NTC 负温度系数热敏电阻热敏电阻分为三类：正温度系数热敏电阻（PTC ），负温度系数热敏电阻（NTC ），临界温度电阻器（CTR ）。

图1-39 NTC 负温度系数热敏电阻负温度系数热敏电阻器如图1-39所示。

其电阻值随温度的增加而减小。

NTC 热敏电阻器在室温下的变化范围在100～1000000欧姆，温度系数-2%～-6.5%。

⑴ 负温度系数热敏电阻温度方程)(T f =ρ （1-2） T B T e A /'=ρ （1-3） T B T B T T Ae e Sl A S l R //'===ρ （1-4）其中：Sl A A '= 电阻值和温度变化的关系式为： )11(e x p N N T T T B R R -= （1-5）R T --在温度T （K ）时的NTC 热敏电阻阻值。

R N --在额定温度T N （K ）时的NTC 热敏电阻阻值。

以25°C 为基准温度时测得的电阻值R N =R 25，R 25就是NTC 热敏电阻的标称电阻值。

通常所说NTC 热敏电阻多少阻值，亦指R 25值。

B---NTC 热敏电阻的材料常数，又叫热敏指数T T T R R T T T T B 000ln -=。

该关系式是经验公式，只在额定温度T N 或额定电阻阻值R N 的有限范围内才具有一定的精确度，因为材料常数B 本身也是温度T 的函数。

NTC 热敏电阻器在室温下的变化范围在10O ～1000000欧姆，温度系数-2%～-6.5%。

已知温度T 、额定温度T N 和R 25即可求的热敏电阻阻值R T 。

⑵ 负温度系数热敏电阻主要特性电阻温度系数σdT dR R TT 1=σ微分式（1-5），可得 2T B-=σ热敏电阻的温度系数是负值。

2．热释电红外线传感器普通人体会发射10μm 左右的特定波长红外线，用专门设计的传感器就可以针对性的检测这种红外线的存在与否。

一种叉指结构电极间分布电阻的计算方法

叉指电极的应用比较广泛，如在声面表波滤波
极间涂覆敏感材料，为敏感电阻，此电极间电作而
器中用作换能器的电极 ¨ 。再如敏感型传感器中Ｊ
的微电极等等。本文基于电阻型气敏元件，论叉讨
第１卷第３期１２１０２年６月
江南大学学报（自然科学版）ＪｕｎｌｆｉｎｎｎＵｉｅｓｙＮａｕａｃｎｅＥｉｏ）ｏｒａｏａｇａｎｖｒｉ（ｔｒｌｉｃｄｔｎＪｔＳｅｉ
Ｖ０．１Ｎｏ．１１３
ｉｍｒｓｓａｅｆｌｅｉｔｎｃ
显然和＋ｄｘ间的电阻为矩形电阻，据公根式（）１，
图８简单的等效电阻计算方法
声Ｒ
则梯形电阻Ｒ为。
＝
／¨ ｌ１－
Ｆｇ８Ｓｍｐｅｃｌｕａｉｎｏｈｎｅｄ舀ｔｌｔｏｅＳｉ．ｉｌａｃｌｏｆｔｅｔＩｔｒｉａｅｃｒｄ ’ ｔｌｅ
关键词：传感器；感元件；敏叉指电极；布电阻；算方法分计中图分类号：Ｎ３９文献标识码：文章编号：６１７４（０２０００ＯＴ７Ａ１７ — １７２１）３— ３０一５ＡｅｈｏｆＣａｃｌｔｎｇｔｅＤｉｔｉｕｔｄＲｅｉｔｎｅｉＭｔｄｏｌｕａｉｈｓｒｂｅｓｓａｃｎＩｔｒｉｉａｔｕｔｒｅｔｏｅｎｅｄｇｔｌＳｒｃｕｅＥｌｃｒｄ

第3章传感器敏感材料及器件3.1-3.4

2 尖晶石型陶瓷敏感材料（1）尖晶石型结构尖晶石的结构化学通式为AB2O4。按A在晶体结构中所处的位置不同可分为正尖晶石（基本属于绝缘体）、反尖晶石（电导率最大，通常为半导体）和半反尖晶石（电导率小于全反尖晶石）。尖晶石的晶胞结构如图3-5所示。每个晶胞有32个氧离子（O2-）， 16个B3+，8个A2+。每个晶胞有8 个立方单元组成。
图3-15 BaTiO3样品电容随时间的变化规律（ƒ=1kHz）
4 厚膜型陶瓷湿度敏感材料将具有感湿特性金属氧化物微粒经过堆积、粘接而形成的材料，可称之为陶瓷厚膜，用这种厚膜陶瓷材料制作的湿敏器件，一般被称为厚膜型陶瓷湿敏器件或瓷粉型湿敏器件，以与薄膜（厚度d一般在2～20μm范围）相区别。厚膜型湿度敏感材料的理化性能比较稳定、器件结构比较简单、测湿量程大、使用寿命长、成本低廉。厚膜型Fe3O4湿敏器件的阻值，一般要高于烧结型陶瓷湿敏器件的阻值，在低湿段其阻值要在107Ω以上。然而，当环境湿度发生变化时，Fe3O4湿敏器件阻值变化却非常之大。感湿膜结构的松散、微粒间的不紧密接触，既造成接触电阻的偏大，又使这种多孔性的感湿膜具有较强的透湿能力。
0 exp(
E ) kT
式中，k为波尔兹曼常数；T为绝对温度；E为活化能。
图3-4表示多孔氧化铝的活化能E和水覆盖率θ之间的关系。当水覆盖率θ＞2.5时活化能E减小的趋势变得缓和了，在高覆盖率时活化能E 接近0.1eV。在纯水中的活化能约等于0.26eV。在θ＞2.5覆盖状态下的吸附水接近液体水的状态。在水中的质子活化能约等于0.1eV。
BaTiO3陶瓷样品在大气中随时间变化的直流电阻与电容（温度为27℃，湿度约为98%）的关系如图3-14和图3-15所示。BaTiO3陶瓷样品受大气中水汽影响使直流电阻、电容随时间而变化，这种变化是空气中水汽向样品扩散过程的反映，样品随吸附的水汽浓度增加，直流电阻和电容值发生变化。

电阻应变片的结构及工作原理

电阻应变片的结构及工作原理电阻应变片的结构如图4-1-3所示，其中，敏感栅是应变片中把应变量转换成电阻变化量的敏感部分，它是用金属丝或半导体材料制成的单丝或栅状体。

引线是从敏感栅引出电信号的丝状或带状导线。

(1)粘结剂：是具有一定电绝缘性能的粘结材料，用它将敏感栅固定在基底上。

(2)覆盖层：用来保护敏感栅而覆盖在上面的绝缘层。

(3)基底：用以保护敏感栅，并固定引线的几何形状和相对位置。

电阻应变片能将力学量转变为电学量是利用了金属导线的应变——电阻效应。

我们知道，金属导线的电阻R 与其长度L 成正比，与其截面积A 成反比，即AL R ρ= (4-1-3) 式中ρ是导线的电阻率。

如果导线沿其轴线方向受力产生形变，则其电阻值也随之发生变化，这一物理现象被称为金属导线的应变——电阻效应。

为了说明产生这一效应的原因，可将式（4-1-3）取对数后进行微分得ρρd A dA L dL R dR +-= (4-1-4) 式中，L dL 为金属导线长度的相对变化，用轴向应变ε来表示，即L dL =ε；AdA 是截面积的相对变化。

2r A π=（r 为金属导线的半径），，r dr A dA 2= rdr 是金属导线半径的相对变化，即径向应变εr 。

导线轴向伸长的同时径向缩小，所以轴向应变ε与径向应变εr 有下列关系： μεε-=r (4-1-5)μ为金属材料的泊松比。

根据实验，金属材料电阻率相对变化与其体积的相对变化之间的关系为VdV C d =ρρ，C 为金属材料的一个常数，如铜丝C =1 。

由L A V ⋅= 我们可导出VdV 与ε、εr 之间的关系。

1 2 3 4 5 图4-1-3 电阻应变片 1-敏感栅；2-引线；3-粘结剂； 4-覆盖层；5-基底εμεμεεε)21(22r -=+-=+=+=LdL A dA V dV 由此得出εμρρ)21(-==C V dV C d 代入式（4-1-4）得[]εεμμμεεεμs )21()21(2)21(K C C RdR =-++=++-= (4-1-6) K s 称为金属丝灵敏系数，其物理意义是单位应变引起的电阻相对变化。

《传感器技术》习题答案完整

《传感器技术》习题答案目录第一章传感器的基本概念及一般特性 (1)第二章电阻式传感器 (3)第三章电容式传感器 (5)第四章电感式传感器 (6)第五章磁电式传感器 (8)第六章压电式传感器 (9)第七章光电式传感器 (12)第八章热电及红外辐射传感器 (13)第九章数字式传感器 (14)第十章气敏和湿敏传感器 (15)第十三章传感器的标定与校准 (19)第一章传感器的基本概念及一般特性4.解：对于一阶传感器，其幅频特性为21j )()()(ωτωω+==k H A要求幅值误差不超过5%，即a (j )115%H X k ω=-=≤因为ω=2πf=200π，带入解得0≤τ≤5.23×10-4s = 523 μs5.解：一阶传感器，其微分方程为)()()(t x b t y a dtt dy a 001=+ 对照题目所给微分方程可见：a 1=1，a 0=3，b 0=0.15。

静态灵敏度00a b k =；时间常数01a a =τ。

于是可求得∴ τ=a 1/a 0=1/3=0.33 （s ）k=b 0/a 0=0.15/3=0.05 (mV/ oC )6./（）/由()k ω=()k k ω=令00f x f ωωτω=== （1）当()0.97k kω=时 421.960.0630x x --=解得，23 1.99x =（舍去负值），即3 1.41x =（舍去负值） 301.4128.28f f kHz ∴==（2）当()1.03k kω=时， 421.960.05740x x -+=解得，211.39()0.172x x ==舍去负值，（舍去负值） 110 3.44f x f kHz ∴== 22027.8f x f kHz ==所以，工作频率为0~3.44kHz ，27.8~28.28kHz 。

但由于27.8~28.28kHz 距离0f 太近，易引起共振，工程上一般不予采用，故最终的工作频率范围为0~3.44kHz 。

柔性可穿戴压阻式压力传感器研究进展

化工进展Chemical Industry and Engineering Progress2023 年第 42 卷第 10 期柔性可穿戴压阻式压力传感器研究进展徐娜，王国栋，陶亚楠（陕西科技大学轻工科学与工程学院，陕西西安 710021）摘要：伴随着数字医疗与制造业的进步，灵活柔韧的柔性可穿戴设备可以和人体表面完全贴合，从而对人体运动及健康信号等进行监测，从而实现多种传感功能。

柔性可穿戴设备具有灵活性、体积可变、生物适应性好等优点，但仍然存在灵敏度低、检测范围有限、易受外界环境的干扰、可靠性低等问题。

在柔性可穿戴设备中，一个关键器件就是用于压力检测的柔性压力传感器。

在今后几年柔性可穿戴压力传感器会更加注重新型结构传感器的探索和整体高性能传感器的构建。

本文概述了近年来柔性压力传感器的研究进展，并就压力传感器种类、工作机理、设计原则及最新进展进行了说明。

通过近年来的文献重点对压阻式压力传感器在材料及器件设计等方面进行归纳整理与总结，并对压阻式压力传感器主要应用领域做了简单介绍。

从压阻式压力传感器的结构设计及今后应用的角度出发，概述了压阻式压力传感器的可靠性及未来面临的挑战。

关键词：压阻式压力传感器；结构设计；导电聚合物；工作机理；设计原则中图分类号：TP212 文献标志码：A 文章编号：1000-6613（2023）10-5259-13Flexible wearable piezoresistive pressure sensorsXU Na ，WANG Guodong ，TAO Yanan(College of Chemistry and Chemical Engineering, Shanxi University of Science & Technology,Xi’an 710021, Shaanxi, China)Abstract: Along with advances in digital healthcare and manufacturing, flexible and pliable wearable devices can fit perfectly with the surface of the human body to monitor human motion and health signals, etc ., and thus enabling a variety of sensing functions. Flexible wearable devices have the advantages of flexibility, variable volume and good biological adaptability, but there are still problems such as low sensitivity, limited detection range and low reliability vulnerable to interference from the external environment. A key device in flexible wearable devices is the flexible pressure sensor for pressure detection. In the next few years, flexible wearable pressure sensors will pay more attention to the exploration of new structural sensors and the overall construction of high-performance sensors. This paper provided an overview of the research progress of flexible pressure sensors in recent years, and explained the types of pressure sensors, their operating mechanisms, design principles and recent advances. The recent literature focuses on piezoresistive pressure sensors in terms of materials and device design were summarized and the main application areas of piezoresistive pressure sensors were briefly introduced. The reliability of piezoresistive pressure sensors and future challenges were outlined from the perspective of structural design and future applications of piezoresistive pressure sensors.综述与专论DOI ：10.16085/j.issn.1000-6613.2022-2228收稿日期：2022-12-01；修改稿日期：2023-02-11。

第三章——静电敏感与执行原理

C water r 0 A
12 12 2 76.6 8.854 10 80000 10 542.6 10 15 F x0 100 10 6
另一半空气介质部分的电容为 C air 7.08 10 15 F 总电容为：
C C air C water 549.6 10 15 F
MEMS微执行器原理框图
微执行器的概念
自1982年静电微马达的研制成功至今，对微执行器的研究工作正在深入。设计执行器的要求是在动力源的驱动下能够完成需要的动作。因而，在涉及到运动的微型系统中执行器十分重要。
微执行器的概念

微机械执行器是组成微机电系统的要素之一。如，力学执行器是将电能或其它能量转换为机械能。理想的执行器应该是使用很少的能源，具有很高的机械效率，对机械状态和环境条件适应性强，需要时能产生高速运动，具有高的能量-质量比，在控制信号与力、扭矩和速度之间呈线性比例关系。
小变化量。
零轴稳定性重复性：传感器在输入量按同一方向作全量程多次测试
时所得特性曲线不一致程度。频响范围：在规定误差条件下，传感器可以正常工作的频率区间。
微传感器的概念
灵敏度
对于线性传感器，它的灵敏度就是它的静态特性的斜率，即 S n y x 。非线性传感器的灵敏度为一变量。一般希望传感器的灵敏度高，在满量程范围内是恒定的，即传感器的输出--输入特性为直线。
叉指电容器
静电梳齿驱动
特征：位移和电容变化量之间呈线性关系；静电驱动的功耗低。一对叉指电极的电容由交叠区域叉指垂直表面电容以及边缘场电容所确定。由多个叉指组成的电容相互并联，因而，总电容是邻近叉指构成的电容总和。

气体传感器叉指电极结构设计及电极间分布电阻计算

况，图２所示。如
气敏薄膜
叉指电极绝缘层
原理是气敏材料电阻值的变化对应于相应的气体浓度的变
关键词：体传感器；布电阻；指电极；分析气分叉热中图分类号：Ｐ１．Ｔ２２２文献标识码：Ａ文章编号：０２—１４（０１００１０１０８１２１）８— ０４— ３
ＳｒｃｕａｓｇｎｌｕａｉｎｏｓｒｂｔｄＦｉＲｅｉｔｎｅｏｔｕｔｒｌＤｅｉｎａｄＣａｃｌｔｆＤｉｔｉｕｅｌｏｍｓｓａｃｆ
ｓｒｃｕｒ．ｔｕｔｅ
Ｋｅｒｓｇｓｓｎｏ；ｉｒｕｅｅｉｔｎｅ；ｔｒｉｉｌｅｅｔｄｓｔｅａｎｙｉｙｗｏｄ：ａｅｓｒｄｓｉｔｄｒｓｓｃｉｅｄｇｔｌｃｒｅ；ｈｒｌａａｓｓｔｂａｎａｏｍｌ
ＡｂｔａｔＴｅｉｉａｅｉｔｎｅｖｕｆｈｅｓｎｔｒｌａｈｏｋｅｖｒｎｎｓａｍｐｒｎａｔｒｔｈｅｓｒＳｓｒｃ：ｈｎｔｌｒｓｓａｃａｅｏｅｓｎｉｇｍａｅａｔｔｅｗｒｎｉｍｅｔｉｎｉｏｔｔｆｃｏｏｔｅｓｎｏ ’ ｉｌｔｉｏａｐｒｒｎｅＴｅａｐｉａｉｎｏｈｎｅｄｇｔｌｃｒｄｓｃｎｒｄｃｈｎｔｅｉｔｎｅｖｌｅｏｅｇｓｓｎｉｇｍａｅｉｌｎｖｒｅｆｍａｃ．ｈｉｉａｒｓｓａｃａｕｆｈａｅｓｎｔｒｅｅ－ｏｃｏｌａｏｉｌｔａｔｅｅｓａｆｃｅｅａｕｅｄｓｂｔｎｉｔｒｒａＴｅｐｒｍｅｅｓｏｈｎｅｄｇｔｌｅｅｔｄｓｓｒｃｕｅｗｒｅｅｉｅｈｌｓｆｔｔｍｐｒｔｒｉｔｕｉｎｉｗｏｋａｅ．ｈａａｔｒｆｔｅｉｔｒｉｉｌｃｒｅｔｔｒｅｅｄｔｒｎｄｅｉｒｏｓａｏｕｍｔｒｕｈｔｅｕｅｏｅｔｅｍａｎｌｓｓＴｅｒｔａｃｌｕａｉｎｏｉｒｕｅｌｒｓｓａｃｓｃｒｅｕ，ｎａｏａｅｔｈｏｇｈｓｆｈｈｒｌａｙｉ．ｈｏｅｉｌａｃｌｔｆｓｉｔｄｆｍｉｔｎｅｗａａｒｄｏｔａｄｗｓｃｍｐｄｗｉｔａｃｏｄｔｂｉｅｉｒｈ

MEMS微传感器的工作原理(1)

理，可以设计各种微传感器。
改变2倍。利用这个原
d
It
(3)隧道电流敏感原理隧道电流式微传感器是一种高灵敏度的微传感器，具有噪声小、温度系数小以及动态性能好等特点。
隧道电流随距离d的变化曲线
(4)压电敏感原理压电效应:某些物质在沿一定方向受到压力或拉力作用而发生变形时，其两个表面上会产生极性相反的电荷；若将外力去掉时，又重新回到不带电的状态。逆压电效应：在压电材料两端施加一定的电压，材料会表现出一定的形变（伸长或缩短）。
d
d
It
(Байду номын сангаас)隧道电流敏感原理
It V b e xpd
I: 隧道电流，单位为A；
:t 直流驱动电压，单位为V；
1.0 2n 5m eV V: 常数，等于
；
:b 有效隧道势垒高度，单位为eV；
: 隧道电极间距，单位为nm。
1 12
在标准情况下(0.5eV,1nm)，隧道电极间距d 变化0.1nm时，隧道电流
微传感器的分类按传感机理分
压阻压电隧道电容谐振热对流
微传感器的敏感原理 (1)压阻敏感原理当压力作用在单晶硅上时，硅晶体的电阻发生显著变化的效应称为压阻效应。
在外力的作用下，结构中的薄膜或梁上产生应力分布，应力的存在使得压敏电阻的阻值发生变化。
E
压阻变化的具体过程
东南大学压阻式微加速度计样品 SEM（扫描电镜）照片
美国IC Sensor公司生产的压阻式加速度计
电容式
悬浮支架加速度
固定支架导电电极
质量块
衬底
a)垂直敏感电容微加速度计结构
固定支点
加速度质量块
感应叉指
悬浮支架

多层介质结构中叉指电极的平面电容特性

多层介质结构中叉指电极的平面电容特性作者：王骏来源：《山东工业技术》2017年第17期摘要：叉指电极的应用比较广泛，尤其是用作各类传感器的电极。

本文给出了一种叉指结构电极电容的计算方法，可以针对多介质结构的电场进行计算，提高了计算精度。

在理论分析计算的基础上，针对不同参数的介质结构的叉指电极电容进行了比较，在进一步通过ANSYS仿真的结果与实验数据进行比较，结果较好地验证了此计算方法的正确性。

关键词：传感器；叉指电极；多介质结构；计算方法DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2017.17.1370 引言平面电容是利用共面电极间的横向电磁耦合实现的电容。

叉指电极的应用比较广泛，最早出现的平面电容是叉指形平面电容，已被广泛应用于如在声面表波滤波器中用作换能器的电极[1]，再如敏感型传感器中的微电极[2-3]等等领域中。

平面叉指电容构成的传感器可以应用在很多无损检测的场合，用于测量一些流场内部的物理量变化。

例如，Peng等[4]利用平面叉指电容传感器在流变仪构造的振荡剪切流场中，在线测定了介电-流变响应，用以对聚合物取向结构进行表征。

然而，在目前大多数对叉指电容的研究的工作[5]中，只限于单层均匀介质的情况。

Rui Igreja的研究工作虽然针对多层介质[6]，但是却对多次介质的结构有着严格的要求。

本文基于保角变换的准静态电学特性分析[7]推导单层和多层介质上的交指电容的闭合表达式。

该工作没有对介质结构提出要求，具有一定的应用价值。

1 叉指电极结构如图1所示的是叉指电极的截面示意图，电极的宽度设为2W，叉指电极的间距为2d。

电极下方为衬底材料，电极上方为待测多层介质，其中环境介质的介电常数为ε1，具有不同取向结构的层状介质的介电常数为ε2。

层状介质的厚度为h2，距离电极高度为h1。

2 周期结构叉指电极保角映射由电场分布的对称性可知，相邻交指在介质内产生的电容等于半个交指与虚拟的电壁产生的电容的两倍。

敏感电子材料

当半导体的功函数小于吸附分子的亲和力(气体的吸附和渗透特性)时，吸附分子将从器件夺得电子而变成负离子吸附，半导体表面呈现电荷层。例如氧气等具有负离子吸附倾向的气体被称为氧化型气体或电子接收性气体。
如果半导体的功函数大于吸附分子的离解能，吸附分子将向器件释放出电子，而形成正离子吸附。具有正离子吸附倾向的气体有H2、CO、碳氢化合物和醇类，它们被称为还原型气体或电子供给性气体。
106
10－ 2
330 K
77 K
105
10－ 1
吸收系 /数cm－ 1 穿透深度 ()1 / m
104 Si
Ge
1
103
10
GaA s
102
102
101
103
0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8
波长 / m
吸收系数随波长的变化
对于光电器件而言，还常用量子效率来表征光生电子流与入射光子流的比值大小。其物理意义是指单位时间内每入射一个光子所引起的流动电子数。根据理论计算可以得到， P区在不同结深时量子效率随波长变化的曲线如图所示。图中 xj即表示结深。浅的PN结有较好的蓝紫光灵敏度，深的 PN 结则有利于红外灵敏度的提高，半导体色敏器件正是利用了这一特性。
量子效率
0.8
0.6
xj＝ 2 m
xj＝ 1 m
0.4
xj＝ 0.5 m
0.2
0 0.4 0.6 0.8 1.0 / m
量子效率随波长的变化
2. 半导体色敏传感器工作原理
在图中所表示的P＋-N-P不是晶体管，而是结深不同的两个PN结二极管，浅结的二极管是P＋N结；深结的二极管是PN 结。当有入射光照射时，P＋、N、P三个区域及其间的势垒区中都有光子吸收，但效果不同。如上所述，紫外光部分吸收系数大，经过很短距离已基本吸收完毕。在此，浅结的即是光电二极管对紫外光的灵敏度高，而红外部分吸收系数较小，这类波长的光子则主要在深结区被吸收。因此，深结的那只光电二极管对红外光的灵敏度较高。

《传感器技术》习题答案完整

静态灵敏度00a b k =；时间常数01a a =τ。

但由于27.8~28.28kHz 距离0f 太近，易引起共振，工程上一般不予采用，故最终的工作频率范围为0~3.44kHz 。

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