第十一章 半导体式物性传感器
物性型传感器PPT学习教案
3.1 压电式传感器
图3-10 “一拍亮”延时小夜灯的印制电路板焊接图
3.制作与使用 图3-10所示为“一拍亮”延时小夜灯的印制电路板
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3.1 压电式传感器 焊接图，印制电路板实际尺寸约为50mm×30mm。 全部电路可装入一体积合适的市售塑料动物玩具或其他造型的工 艺品硬壳体内，以起到装饰美化作用。
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3.2 光电式传感器
图3-27 天明提醒器印制电路板
(2)安装 将电路板装入一个小收音机壳体内，用烙铁将电源线焊 到收音机的电源端，装入两节5号电池即可。 (3)使用 使用时，将装好的提醒器放置到重要的文件柜内，一旦 有人打开柜子，就会发出蜂鸣报警。
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3.3 霍尔式传感器
图3-17 光敏二极管 a)外形图 b)结构简化图 c)图形符号
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3.2 光电式传感器 2)光敏晶体管有PNP型和NPN型两种，它的结构、等效电路、图形 符号及应用电路如图3-19所示。
图3-18 光敏二极管的反向偏置接法
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3.2 光电式传感器
图3-19 光敏晶体管 a)结构 b)等效电路 c)图形符号 d)应用电路 e)达林顿光敏晶体管
的PN结，当光照射到PN结的一个面，例如P型面时，若光子能量
大于半导体材料的禁带宽度，那么P型区每吸收一个光子就产生一
对自由电子和空穴，电子-空穴对从表面向内迅速扩散，在结电场
的作用下，最后建立一个与光照强度有关的电动势。
(2)基本特性
1)光谱特性。
2)光照特性。
图3-22 硅光电池的开路电压和短路电流与 当照的关系曲线
图3-25 光电数字式转速表的工作原理 a)透射式转速表 b)反射式转速表
半导体传感器
半导体传感器主要内容：9.1气敏传感器9.2湿敏传感器9.3色敏传感器半导体传感器特征：半导体式传感器是典型的物理型传感器，它是利用某些材料的电特征的变化实现被测量的直接转换，如改变半导体内载流子的数目。
凡是用半导体材料制作的传感器都属于半导体传感器。
其中包括：光敏电阻、光敏二极管、光敏晶体管、霍尔元件、磁敏元件、压阻元件、气敏、湿敏等等。
9．1气敏传感器气敏传感器是用来检测气体浓度和成份的传感器，由于气体种类很多，性质各不相同，不可能用同一种气体传感器测量所有气体。
气敏传感器主要有以下应用：∙工业天然气、煤气等易燃易爆的安全监测；∙环境保护，有害、有毒气体监测；∙酒后驾车，乙醇浓度检测等。
9．1．1 半导体气敏传感器工作机理气敏传感器是利用气体在半导体表面的氧化和还原反应，导致敏感元件阻值变化，如：∙氧气等具有负离子吸附倾向的气体，被称为氧化型气体——电子接收性气体；∙氢、碳氧化合物、醇类等具有正离子吸附倾向的气体，被称为还原型气体——电子供给性气体。
当氧化型气体吸附到N型半导体上，半导体的载流子减少，电阻率上升；当氧化型气体吸附到P型半导体上，半导体的载流子增多，电阻率下降；当还原型气体吸附到N型半导体上，半导体的载流子增多，电阻率下降；当还原型气体吸附到P型半导体上，半导体的载流子减少，电阻率上升；图9—1N型半导体与气体接触时的氧化还原反映按半导体的物理特性，气敏传感器可分为电阻型和非电阻型。
9．1．2电阻型半导体气敏传感器电阻型气敏传感器是目前使用较广泛的一种气敏元件。
∙传感器由三部分组成：敏感元件、加热器、外壳；∙按制造工艺分为：烧结型、薄膜型、厚膜型。
∙气敏电阻的材料是金属氧化物，合成时加敏感材料和催化剂烧结，金属氧化物有：N型半导体，如：SnO2Fe2O3ZnOTiOP型半导体，如：CoO2PbOMnO2CrO3这些金属氧化物在常温下是绝缘的，制成半导体后显示气敏特性。
通常器件工作在空气中，由于氧化的作用，空气中的氧被半导体（N型半导体）材料的电子吸附负电荷，结果半导体材料的传导电子减少，电阻增加，使器件处于高阻状态；当气敏元件与被测气体接触时，会与吸附的氧发生反应，将束缚的电子释放出来，敏感膜表面电导增加，使元件电阻减小。
半导体传感器
3. 厚膜型气敏元件将气敏材料（如SnO2、ZnO）与一定比例的 硅凝胶混制成能印刷的厚膜胶。把厚膜胶用丝网印刷到事先 安装有铂电极的氧化铝（Al2O3）基片上，在400~800℃的温 度下烧结1~2小时便制成厚膜型气敏元件。用厚膜工艺制成的 器件一致性较好，机械强度高，适于批量生产。 ◆以上三种气敏器件都附有加热器，在实际应用时，加热器能 使附着在测控部分上的油雾、尘埃等烧掉，同时加速气体氧 化还原反应，从而提高器件的灵敏度和响应速度。
2 湿敏传感器 ◆水的饱和蒸气压随温度的降低而逐渐下降。在同样的空气水
蒸气压下，温度越低，则空气的水蒸气压与同温度下水的饱 和蒸气压差值越小。当空气温度下降到某一温度时，空气中 的水蒸气压与同温度下水的饱和水蒸气压相等。此时，空气 中的水蒸气将向液相转化而凝结成露珠，相对湿度为100％ RH。该温度称为空气的露点温度，简称露点。如果这一温 度低于0℃时，水蒸气将结霜，又称为霜点温度。两者统称 为露点。空气中水蒸气压越小，露点越低，因而可用露点表 示空气中的湿度。
1 半导体气敏传感器
1.1 气敏电阻的工作原理
◆气敏电阻的材料是金属氧化物，在合成材料时，通过化学 计量比的偏离和杂质缺陷制成，金属氧化物半导体分N型 半导体，如氧化锡、氧化铁、氧化锌、氧化钨等，P型半 导体，如氧化钴、 氧化铅、氧化铜、氧化镍等。为了提 高某种气敏元件对某些气体成分的选择性和灵敏度，合成 材料有时还渗入了催化剂，如钯（Pd）、铂（Pt）、银 （Ag）等。
图10-3 湿敏电阻结构示意图 1-引线；2-基片；3-感湿层；4-金属电极
◆氯化锂通常与聚乙烯醇组成混合体，在氯化锂（LiCl）溶液 中，Li和Cl均以正负离子的形式存在，而Li+对水分子的吸 引力强，离子水合程度高，其溶液中的离子导电能力与浓 度成正比。当溶液臵于一定温湿场中，若环境相对湿度高， 溶液将吸收水分，使浓度降低，因此，其溶液电阻率增高。 反之，环境相对湿度变低时，则溶液浓度升高，其电阻率 下降，从而实现对湿度的测量。 ◆氯化锂湿敏元件的优点是滞后小，不受测试环境风速影响， 检测精度高达±5%，但其耐热性差，不能用于露点以下测 量，器件性能的重复性不理想，使用寿命短。
半导体温度传感器电子教案
半导体温度传感器电子教案第一章：半导体温度传感器概述1.1 教学目标让学生了解半导体温度传感器的定义、特点和应用领域。
1.2 教学内容定义：半导体温度传感器是一种利用半导体材料的电导特性随温度变化而变化的原理来测量温度的传感器。
特点：高灵敏度、快速响应、精确测量、稳定性好。
应用领域：家用电器、汽车、工业控制、医疗设备等。
1.3 教学方法采用讲解、示例和互动讨论的方式进行教学。
1.4 教学活动介绍半导体温度传感器的定义和特点。
展示半导体温度传感器的应用领域实例。
引导学生思考半导体温度传感器的工作原理。
第二章：半导体温度传感器的工作原理2.1 教学目标让学生了解半导体温度传感器的工作原理。
2.2 教学内容工作原理：半导体材料的电导率随温度的升高而增加，利用这一特性来测量温度。
温度测量原理：通过测量半导体材料的电阻值变化来间接得到温度的变化。
2.3 教学方法采用讲解和示例的方式进行教学。
2.4 教学活动讲解半导体温度传感器的工作原理。
示例说明温度变化对半导体材料电阻值的影响。
第三章：半导体温度传感器的类型3.1 教学目标让学生了解半导体温度传感器的不同类型。
3.2 教学内容热敏电阻传感器：利用热敏电阻的温度敏感特性进行温度测量。
热电偶传感器：利用热电偶的温差电势原理进行温度测量。
3.3 教学方法采用讲解和示例的方式进行教学。
3.4 教学活动讲解热敏电阻传感器和热电偶传感器的工作原理和特点。
展示不同类型的半导体温度传感器的图片和应用实例。
第四章：半导体温度传感器的应用4.1 教学目标让学生了解半导体温度传感器的应用领域。
4.2 教学内容家用电器：空调、冰箱、洗衣机等。
汽车：发动机温度控制、空调系统等。
工业控制：生产线温度监测、设备故障诊断等。
医疗设备：体温计、生命体征监测等。
4.3 教学方法采用讲解和互动讨论的方式进行教学。
4.4 教学活动讲解半导体温度传感器在不同领域的应用实例。
引导学生思考半导体温度传感器在其他领域的潜在应用。
半导体传感器
长为L、宽为b、厚为d的导体（或半导体）薄片，被置于磁感应强度
为B的磁场中（平面与磁场垂直），在与磁场方向正交的两边通以控制 电流 I，则在导体另外两边将产生一个大小与控制电流 I 和磁感应强度 B 乘积成正比的电势UH，且UH＝KHIB，其中KH为霍尔元件的灵敏度。这 一现象称为霍尔效应，该电势称为霍尔电势，导体薄片就是霍尔元件。
2．输入电阻Ri和输出电阻R0 Ri是指流过控制电流的电极（简称控制电极）间的电阻值， R0是指霍尔元件的霍尔电势输出电极（简称霍尔电极）间的电阻， 单位为Ω。可以在无磁场即B＝0时，用欧姆表等测量。 3．不平衡电势U0 在额定控制电流 I 之下，不加磁场时，霍尔电极间的空载霍 尔电势称为不平衡(不等)电势，单位为mV。不平衡电势和额定控 制电流 I 之比为不平衡电阻r0。 4．霍尔电势温度系数α 在一定的磁感应强度和控制电流下，温度变化1℃时，霍尔 电势变化的百分率称为霍尔电势温度系数α，单位为1／℃。 4
的输入电阻随温
度的增加值为
ΔRi = Rit0βt。用
稳压源供电时， 控制电流和输出 电势的减小量为
IRIR t0iR t0i(t10tt)
UHUH0R R i0 tR it(0 t1 (1 t)t)
全 补 偿 条 件 ： U H U HR()R it0(1t)
在霍尔元件的β、α为已知的条件下，即可求得R与Rt0的关系。但是，R 仍然是温度t的函数。实际的补偿电路如上图 (c)所示。调节电位器W1可 以消除不等位电势。电桥由温度系数低的电阻构成，在某一桥臂电阻上 并联热敏电阻Rt。当温度变化时，热敏电阻将随温度变化而变化，使补 偿温度电基桥本的无输关出。电压UH相应变化，只要仔细调节，即可使其输出电压12UH与
物性型传感器课件
霍尔传感器通常由半导体材料和电极组成，电极用于测量电压变化。 磁场变化引起半导体材料中载流子运动，进而引起电压变化。
应用
霍尔传感器广泛应用于磁场测量、电流检测等领域。
CHAPTER 06
物性型传感器应用案例
电子称重系统
总结词
电子称重系统是物性型传感器的重要应用之一，能够实 现高精度、高稳定性的称重测量。
总结词
流量测量系统是通过对流体流量进行监测，实现流量控制和计量等功能。
详细描述
流量测量系统由流量传感器、信号处理单元、显示或控制单元等组成，能够实时 监测流体的流量变化，并输出相应的电信号或数字信号。广泛应用于石油化工、 电力、水处理等领域。
振动监测系统
总结词
振动监测系统是通过对设备或结构的振动进行监测，实现故 障诊断和状态监测等功能。
详细描述
电子称重系统由称重传感器、放大器、显示仪表等组成， 能够将物体质量转化为电信号进行测量和记录。其优点 包括高精度、高稳定性、快速响应等，广泛应用于工业、 商业、医疗等领域。
压力监测系统
总结词
压力监测系统是通过对气体或液体的压力进行监测， 实现压力控制和报警等功能。
详细描述
压力监测系统由压力传感器、信号处理单元、显示或控 制单元等组成，能够实时监测气体或液体的压力变化， 并输出相应的电信号或数字信号。广泛应用于工业过程 控制、气体分析、环保监测等领域。
结构与工作原理 磁性编码器通常由磁极和磁性颗粒组成。磁极用于产生磁 场，磁场中的磁性颗粒受到磁力作用而排列。通过测量磁 性颗粒的排列变化可以获取位置信息。
应用 磁性编码器广泛应用于旋转编码器、角度测量等领域。
霍尔传感器
霍尔效应
霍尔效应是指电流通过半导体材料时，垂直于电流方向产生电压的 现象。霍尔传感器利用这一效应，将磁场变化转换为电信号。
半导体传感器的工作原理
半导体传感器的工作原理
半导体传感器是一种基于半导体材料的电子元件，它可以通过其材料的电学特性来检测和测量环境中的物理量或化学量。
半导体传感器的工作原理可以分为两种类型：电阻式和电容式。
对于电阻式传感器，它的工作原理是基于半导体材料的电阻随着被测量物理量的变化而发生变化。
例如，温度传感器就是一种电阻式传感器，它使用了半导体材料中的温度系数来测量温度。
当温度升高时，半导体材料的电阻也随之增加。
通过测量电阻的变化，可以确定温度的大小。
对于电容式传感器，则是通过测量电容的变化来实现测量的。
这种传感器通常由两个金属板和介质层组成，介质层可以是空气、液体或固体。
当被测量的物理量改变时，介质层的电容也会发生变化，从而导致整个传感器的电容值发生改变。
通过测量电容的变化，可以确定被测量物理量的大小。
总的来说，半导体传感器利用半导体材料的电学特性来测量环境中的物理量或化学量，具有响应速度快、精度高、体积小等优点，被广泛应用于温度、湿度、压力、光强、气体浓度等领域。
半导体物理第11章半导体的热电性质
一、塞贝克效应
半导体中塞贝克效应的温差电动势（以n型半导体为例）为：
Vs = α∆T
其温差电动势率（即塞贝克系数）为：
α = −(
Ec − E F qT
+
3 k0 2 q
)
对于 P 型半导体材料可作类似的讨论，P型半导体材料的温差电动势的方 向与n型半导体相反。根据这一点可以用温差电动势的方向来判断半导体材料 。 的导电类型。
第十一章 十一章 半导体的热电性质
Part 第十一章 1
11.1 热电效应 11.1 11.2 半导体的热导率
前言
所谓热电效应，即指把热能转换为电能的过程 。 所谓热电效应，即指把热能转换为电能的过程 热电效应，即指把热能转换为电能的过程。 半导体具有比金属大得多的温差电动势，也就是 说，在热能与电能的转换过程中，半导体具有较高的 转换效率。 半导体的热电性质已在温差发电、温差制冷等方 面得到了广泛的应用。
热电效应
一、塞贝克效应
在如图所示的结构中，n 型半导体的两端与同一种金属接触， 在如图所示的结构中，n 并保持有温度差△T ，此时回路中便有电流产生，该电流称为温差 并保持有温度差△ ，此时回路中便有电流产生，该电流称为温差 电流，产生该电流的电动势称为温差电动势。这种由于两端存在温 电流，产生该电流的电动势称为 温差电动势。这种由于两端存在温 ，产生该电流的电动势称为温差电动势 度差而产生电动势的现象称为塞贝克效应。 度差而产生电动势的现象称为塞贝克效应 塞贝克效应。
（r为泊松比）
若电流由金属流向半导体（P型）为吸热过程，上式取“ + ”号；若电流由 半导体（P型）流向金属为放热过程，上式取“ - ”号。 实际中，已利用珀耳贴效应的原理制造出了半导体制冷器和半导体发热器件。
《半导体传感器》课件
开拓新的应用领域，如医疗健康、环境监测、智能交 通和智能家居等，以满足不断增长的市场需求。
市场
加强国际合作与交流，推动传感器技术的国际市场拓展 ，提高国际竞争力。
THANKS
感谢观看
气体传感器
总结词
检测空气中的有害气体
详细描述
气体传感器利用半导体的气敏效应，能够检 测空气中的有害气体，如一氧化碳、二氧化 硫等。这些传感器在环境保护、工业安全等 领域有广泛应用。
紫外线传感器
总结词
监测紫外线的强度和照射时间
详细描述
紫外线传感器能够监测环境中紫外线的强度 和照射时间，对于预防紫外线辐射损伤和保 护皮肤健康具有重要意义。这些传感器广泛
敏感材料
敏感材料是半导体传感器的重要组成 部分，负责将待测物理量转换为电信 号。
选择敏感材料时需要考虑其稳定性、 灵敏度、响应速度和耐腐蚀性等性能 指标。
常见的敏感材料包括金属氧化物、硅 、陶瓷等，它们具有不同的特性，适 用于不同的应用场景。
敏感材料的制备方法包括化学气相沉 积、物理气相沉积、溶胶-凝胶法等， 这些方法能够控制材料的成分和结构 ，从而影响传感器的性能。
测试的目的是检测传感器的性能指标是 否达到设计要求，以及在不同条件下的 稳定性和可靠性。
03
半导体传感器的性能参数
线性范围与灵敏度
线性范围
衡量传感器输出与输入之间线性关系 的参数，即输入量在一定范围内变化 时，输出量与输入量成正比。
灵敏度
表示传感器输出变化量与输入变化量 之比，即单位输入变化引起的输出变 化量。
半导体传感器的主要应用领域
医疗领域
用于生理参数的监测，如体温、血压、血氧 饱和度等。
环保领域
半导体温度传感器课件
输出信号处理电路的设计也是半 导体温度传感器性能的关键因素
之一。
03
半导体温度传感器的应 用
CHAPTER
工业测温
总结词 详细描述
医疗设备
总结词
详细描述
汽车电子
总结词
汽车电子系统中的半导体温度传感器主要用于发动机、空调等系统的温度监测和 控制，提高汽车的安全性和舒适性。
详细描述
殊需求。
智能化与网络化
结合物联网和人工智能技术，半 导体温度传感器可以实现远程监 控、实时数据处理和智能诊断等 功能，提升传感器应用的智能化
水平。
高精度与高可靠性
随着工业自动化和智能制造的快 速发展，对半导体温度传感器的 测量精度和可靠性提出了更高的 要求，促使传感器不断优化设计、
提升性能。
技术挑战与机遇
随着汽车电子技术的不断发展，温度传感器在汽车中的应用越来越广泛。半导体 温度传感器能够实时监测发动机、刹车系统、空调等关键部位的温度，并通过控 制系统调节温度，确保汽车的安全运行和舒适度。
智能家居
总结词 详细描述
04
半导体温度传感器的技 术发 展
CHAPTER
材料技 术
材料纯度提升 新材料研发
市场前景
应用领域不断拓展
市场规模持续增长
THANKS
感谢观看
选型原则
量程范围
选择能够测量所需温度 范围的传感器，确保传 感器不会过载或测量不
准确。
精度要求
根据测量需求选择具有 适当精度的传感器，以 确保测量结果的可靠性。
稳定性
尺寸与安装方式
选择经过稳定处理的传 感器，以确保长期测量
的准确性。
根据安装空间和要求选 择适合的尺寸和安装方 式，以便于安装和固定。
半导体传感器
二、气敏传感器的应用 气敏电阻元件种类很多，按制造工艺上分烧结型、 薄膜型、厚膜型。 （1）烧结型气敏元件的电极和加热器均埋在金属氧 化物气敏材料中，经加热成型后低温烧结而成。 目前最常用的是氧化锡烧结型气敏元件，它的加 热温度较低，一般在200~300度，并且对可燃性气 体都有较高的灵敏度。
（2）薄膜型气敏元件采用真空镀膜或溅射方法，
磁敏传感器是传感器产品的一个重要组成部 分, 随着我国磁敏传感器技术的发展,其产品种类 和质量将会得到进一步发展和提高,进军汽车、民 用仪表等这些量大面广的应用领域即将实现。
国产的电流传感器,高斯计等产品日前已经开 始走入国际市场,与国外产品的差距 正在快速缩 小。
色敏传感器
半导体色敏电阻传感器是半导体光敏器件的一 种，它也是基于半导体的内光效应，将光信号变 成电信号的光辐射探测器件。 在半导体中不同的区域对不同的波长分别具有 不同的灵敏度。这一特性给我们提供了将这种器 件用于颜色识别的可能性，即可以用来测量入射 光的波长。 将两只结深不同的光敏二极管组合，就构 成了可以测定波长的半导体色敏传感器。
二、半导体陶瓷湿敏电阻
半导体陶瓷湿敏电阻通常是用两种以上的金属 氧化物半导体材料混合烧结而成的多孔陶瓷。电 阻率随湿度增加而下降为负特性湿敏半导体陶瓷； 随湿度增加而增加为正特性湿敏半导体陶瓷。
磁敏传感器
磁敏传感器是基于磁电转换原理的传感器。 磁敏传感器主要有磁敏电阻、磁敏二极管、磁敏 三极管和霍尔式磁敏传感器。它们主要特点有： 一、磁敏电阻的应用广泛，除了可以做成探头， 配上简单的线路可以探测各种磁场，制成位移检 测器、角度检测器、功率计、安培计。此外还可 以用磁敏电阻制成交流放大器、振荡器等。
1.气敏传感器 2.湿敏传感器 3.磁敏传感器 3.色敏传感器 4.半导体式传感器的特点
半导体传感器
E g ( T ) = E g (0 ) −
γT
2
T +β
α 0 与材料有关, GaAs半导体材料中 α 0 =2.462×104(cm·eV)-1；γ 为 光子频率。
根据Beer-Lambert的吸收定律,并综合以上三式，可以得到半导体 光强I与温度T的关系：
I ( T ) = I 0 (1 − R ) • e x p { − α 0
NTC热敏电阻 •以锰、钴、镍和铜等金属氧化物为主要材料， 采用陶瓷工艺制造而成； •电阻随温度上升呈指数关系减小； •温度测量范围-100℃~300℃； •应用于测温、控温、温度补偿等方面；
光敏元件： 光敏元件： 光电转换传感器是基于半导体的光电效应，半导体光敏元件按光电效 应的不同而分为光导型和光生伏特型。光导型如光敏电阻，是一种半导体 均质结构；光生伏特型包括光电二极管、光电三极管、光电池、光电场效 应管和光控可控硅等，它们属于半导体结构型器件。 主要参数有灵敏度、光照率、伏安特性、频率响应特性等，主要由材 料、结构和工艺决定。 半导体光敏元件广泛应用于精密测量、光通信、摄像、夜视、遥感、 制导、机器人、质量检查、安全报警以及测量和控制装置中。
光敏电阻： 光敏电阻 •以硫化镉、硫化铝、硫化铅等为主要材料； •电阻值随入射光的强弱而改变； •应用于光的测量、光的控制和光电转换等方面；
湿敏元件： 湿敏元件： 特性参数随环境湿度变化而明显变化的敏感元件。当半导体表面或界 面吸附气体水分子时，半导体的电学特性等物理性质发生变化，从而检测 湿度。 半导体湿度传感器具有体积小、重量轻、测量精度高、稳定性好，耐 水性好、价格低廉等特点。湿度传感器广泛应用于监控大气环境湿度变化、 仓贮、粮食及食品质量、交通运输、仪表电器等方面。
半导体传感器原理与应用
半导体传感器原理与应用
半导体传感器是一种基于半导体材料特性的传感器，其原理是利用半导体材料在外界刺激下发生电阻、电容、电势差等物理特性的变化，从而实现对目标物理量的测量。
具体而言，半导体传感器的工作原理主要包括以下几个方面：
1. PN结的特性：半导体传感器中的PN结具有正向偏置和反向偏置两种工作状态。
正向偏置时，PN结的电阻较低，反向偏置时，PN结的电阻较高。
利用PN结的这一特性，可以制造温度传感器、光敏传感器等。
2. 金属氧化物半导体（Metal Oxide Semiconductor, MOS）的特性：MOS传感器利用氧化物半导体在气体作用下的吸附、反应等特性，实现对气体浓度、湿度等的检测。
3. 压阻效应：半导体材料的电阻随压力的变化而变化。
利用这一特性，可以制造压力传感器。
半导体传感器广泛应用于工业、医疗、环境监测等领域，常见的应用包括：
1. 温度测量：利用半导体的温度敏感特性，制造温度传感器，广泛应用于温度控制、环境监测等领域。
2. 压力测量：利用半导体电阻随压力变化的特性，制造压力传感器，用于汽车、工业设备等领域的压力测量。
3. 气体检测：利用MOS器件的吸附、反应特性，制造气体传感器，常用于煤气、甲烷等可燃气体的检测。
4. 光电检测：利用半导体材料的光电效应，制造光敏传感器，用于光电测量、光电控制等领域。
总的来说，半导体传感器具有体积小、功耗低、响应速度快等优点，在现代化社会中得到了广泛的应用和发展。
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高复合面与光滑面的复合率差别愈大，磁敏二极管的灵 敏度也就愈高。磁敏二极管在不同的磁场强度和方向下的 伏安特性如图
磁敏二极管与其他磁敏器件相比，具有以下 特点：
1）灵敏度高 磁敏二极管的灵敏度比霍尔元件高几百 甚至上千倍，而且线路简单，成本低廉，更适合于测 量弱磁场。 2）具有正反磁灵敏度 这一点是磁阻器件所欠缺的。 故磁敏二极管可用作无触点开关。 3）灵敏度与磁场关系呈线性的范围比较窄 这一点不 如霍尔元件。
绝对湿度也可用水的蒸气压来表示。设空 气的水气密度为ρv，与之相应的水蒸气分压为 pv，根据理想气体状态方程，可以得出其关系 式为 p m
v
v
RT
m —— R ——
T ——绝对温度。
在实际生活中，许多现象与湿度有关，如 水分蒸发的快慢。然而除了与空气中水气分压 有关外，更主要的是和水气分压与饱和蒸气压 的比值有关。因此有必要引入相对湿度的概念。 相对湿度为某一被测蒸气压与相同温度下 的饱和蒸气压的比值的百分数，常用%RH表 示。这是一个无量纲的值。显然，绝对湿度给 出了水分在空间的具体含量，相对湿度则给出
二、磁敏二极管（SMD）
磁敏二极管的结构原理如图
在高阻半导体芯片（本征型I）两端， 分别制作P、N两个电极，形成P-I-N 结。
P、N都为重掺杂区，本征区I 的长度较长。同时对I区的两侧面进行不同 的处理。一个侧面磨成光滑面，另一面打 毛。由于粗糙的表面处容易使电子－空穴 对复合而消失，我们称之为r面，这样就构 成了磁敏二极管。
2）与所有半导体元件一样，输出特性易受温 度影响而漂移，所以应采用补偿措施。 3）性能参数离散性大。
虽然存在上述问题，但半导体传感器仍 是目前传感器发展的重要方向，尤其是大规 模集成电路技术的不断发展，半导体传感器 的技术也日臻完善。
半导体传感器
第一节 第二节 第三节 第四节 第五节
关于半导体湿敏材料的导电机理有多种理论。一 般认为，作为湿敏材料的多晶陶瓷（也称半导 瓷），由于晶粒间界的结构不够致密与缺乏规律性， 不仅载流子浓度远比晶粒内部小，而且载流子迁移率 也要低得多。所以，一般半导瓷的晶粒间界电阻要比 体内高得多。因而半导瓷的晶粒间界便成了半导瓷中 传导电流的主要障碍。正由于这种高阻效应的存在，
氯化锂湿敏电阻是利用吸湿性盐类潮 解，离子导电率发生变化而制成的测湿元件。
典型的氯化锂湿度传感器有登莫 （Dunmore）式和浸渍式两种。
登莫式传感器的结构如图,图中A为聚苯乙 烯包封的铝管； B为用聚乙烯醋酸盐覆盖在A 上的钯丝。
浸渍式传感器是在基本材料上直接浸渍氯化 锂溶液构成的。这类传感器的浸渍基片材料 为天然树皮。 它部分地避免了高温下所产生的湿敏膜的误 差。由于采用了表面积大的基片材料，并直 接在基片上浸渍氯化锂溶液，因此这种传感 器具有小型化的特点。 它适用于微小空间的湿度检测。
K (B) 2 1 f ( L ) 0 b
f（L/b）——形状效应系数， L、b分别为磁敏电阻的长度和宽度
各种形状的磁敏电阻器，其磁阻RB与磁感应强 度的关系如图
图中R0为B=0时的电阻值。
。
3. 磁敏电阻的应用
磁敏电阻的应用非常广泛。除了用它做成 探头，配上简单线路可以探测各种磁场外，在 测量方面还可制成位移检测器、角度检测器、 功率计、安培计等。此外，可用磁敏电阻制成 交流放大器、振荡器等。
传感器
第三节 磁敏传感器
磁敏传感器是基于磁电转换原理的传感器。 早在1856年和1879年就发现了磁阻效应和霍 尔效应，但作为实用的磁敏传感器则产生于半 导体材料发现之后。60年代初，西门子公司研 制出第一个实用的磁敏元件；1966年又出现 了铁磁性薄膜磁阻元件；1968年索尼公司研 制成性能优良、灵敏度高的磁敏二极管；1974年 美国韦冈德发明了双稳态磁性元件。
气敏器件的优点是：工艺简单，价格便宜，使用方便；对 气体浓度变化响应快；即使在低浓度（3000mg/kg）下， 灵敏度也很高。其缺点在于：稳定性差，老化较快，气体 识别能力不强；各器件之间的特性差异大等。
各种可燃性气体的浓度与SnO2半导瓷传感器 的电阻率变化的关系如图
三、 气敏传感器的应用 1、 实用酒精测试仪 测试驾驶员醉酒的程度 。气体传感器选用二氧化锡气敏元件。当气体 传感器探测不到酒精时, 加在A5脚的电平为低电平; 当气体传感器探测到 酒精时, 其内阻变低, 从而使A5脚电平变高。 A为显示驱动器, 它共有10个 输出端, 每个输出端可以驱动一个发光二极管, 显示推动器A根据第5脚电 压高低来确定依次点亮发光二极管的级数, 酒精含量越高则点亮二极管的 级数越大。上5个发光二极管为红色, 表示超过安全水平。下5个发光二极 管为绿色, 代表安全水平, 酒精含量不超过0.05%。
2. 气体报警器与控制器电路 如图所示。在洁净空气中，传感器的电阻较大，在负载上的输出电压RL较小。 在待测气体中时，传感器的电阻变小，则RL上的输出电压增大。 图（a）为报警器，超过规定浓度时 ，发出声光报警。 图（b）为控制器，超过设定浓度时，比较器翻转，输出控制信号，由驱动电 路带动继电器或其它元件动作。
（2）涂覆膜型Fe3O4湿敏器件
有一种由金属氧化物微粒经过堆积、粘结 而成的材料，它也具有较好的感湿特性。用这 种材料制做的湿敏器件，一般称为涂覆膜型或 瓷粉型湿敏器件。这种湿敏器件有多种品种， 其中比较典型且性能较好的是Fe3O4湿敏器
Fe3O4感湿膜的整体电阻很高。当水分子透过松散 结构的感湿膜而吸附在微粒表面上时，将扩大微粒 间的面接触，导致接触电阻的减小；因而这种器件 具有负感湿特性。 Fe3O4湿敏器件的主要优点是在常温、常湿下性能 比较稳定；有较强的抗结露能力；在全湿范围内有 相当一致的湿敏特性，而且其工艺简单，价格便宜。 其主要缺点是响应缓慢，并有明显的湿滞效应。
3. 厚膜型
其结构如图所示
1—加热器 2—电极 3—气敏电阻 4—基片
此种元件一致性较 好，机械强度高，适于批 量生产，是一种有前途的
以上三种气敏器件都附有加热器。在实际应用时，加热器 能使附着在测控部分上的油雾，尘埃等烧掉，同时加速气 体的吸附，从而提高了器件的灵敏度和响应速度，一般加 热到200～400℃，具体温度视所掺杂质不同而异。
2. 薄膜型
薄膜型气敏器件的制作首先需处理基片（玻 璃石英式陶瓷），焊接电极，之后采用蒸发或 溅射方法在石英基片上形成一薄层氧化物半导 体薄膜。实验测得SnO2和ZnO薄膜的气敏特 性较好。
薄膜型器件外形结构如图所 示
1、2、5、7—引线 3— 8—加热器 4—电极－6—绝缘基片
这种器件具有较高的机械 强度，而且具有互换性好、 产量高、成本低等优点。
2. 典型半导瓷湿敏电阻
半导瓷湿敏电阻具有较好的热稳定性，较强 的抗沾污能力，能在恶劣、易污染的环境中测 得准确的湿度数据，而且还有响应快、使用湿 度范围宽（可在150℃以下使用）等优点，在 实际应用中占有很重要的位置。
（1）烧结型湿敏电阻
烧结型半导瓷湿敏电阻的结构如图所示
1—接线柱 2—隔漏环 3—RuO2 电极 4—感湿体 5— 6—底座 7—感湿体引线
三、湿敏传感器的应用
1. 自动去湿装置 图8-12中 ， H为湿敏传感器，Rs为加热电阻丝。在常温常湿情况下调好各电阻 值，使V1导通，V2截止。 当阴雨等天气使室内环境湿度增大而导致H的阻值下 降到某值时，RH与R2并联之阻值小到不足以维持V1导通。 由于V1截止而使V2导通，其负载继电器K通电，常开触点Ⅱ闭合，加热电阻丝 RS通电加热，驱散湿气。当湿度减小到一定程度时，电路又翻转到初始状态， V1导通，V2截止，常开触点Ⅱ断开，RS断电停止加热。
与各种结构型传感器相比，具有如下特点：
1）由于传感器原理是基于物理变化的，因 而没有相对运动部件，可以做到结构简单， 微型化。 2）灵敏度高，动态性能好，输出为电物理
3）采用半导体为敏感材料容易实现传感器 4）功耗低，安全可靠。
半导体传感器也存在以下一些缺点：
1）线性范围窄，在精度要求高的场合应采用
第四节
半导体色敏传感器是半导体光敏器件的一 种。它也是基于半导体的内光效应，将光信号 变成为电信号的光辐射探测器件。但是不管是 光电导器件还是光生伏特效应器件，它们检测 的都是在一定波长范围内光的强度，或者说光 子的数目。而半导体色敏器件则可用来直接测
一、磁敏电阻器
1. 磁阻效应
将一载流导体置于外磁场中，除了产生霍尔效 应外，其电阻也会随磁场而变化，这种现象称为 磁电阻效应，简称磁阻效应。磁敏电阻器就是利 用磁阻效应制成的一种磁敏元件。
磁阻效应的表达式为
B 0 (1 0.273 B )
2 2
B——磁感应强度； μ——载流子迁移率； ρ0——零磁场下的电阻率； ρB——磁感应强度为B时的电阻率。
磁敏传感器 离子敏传感器
第一节
气敏传感器
所谓半导体气敏传感器，是利用半导体 气敏元件同气体接触，造成半导体性质变化， 借此来检测特定气体的成分或者测量其浓度
一、气敏半导体材料的导电机理
图a为烧结体N型半导 瓷的模型。它是多晶体， 晶粒间界有较高的电阻， 晶粒内部电阻较低。图中 分别以空白部分和黑点部 分示意表示。导电通路的 等效电路如图b所示。
2. 录像机结露报警控制电路 如图所示，该电路由BG1~BG4组成。结露时，LED亮（结露信号），并输出控 制信号使录像机进入停机保护状态。在低湿时，结露传感器的电阻值为2kΩ左右， BG1因其基极电压低于0.5V而截止，BG2集电极电位低于1V ，所以BG3及 BG4也截止。 结露指示灯不亮，输出的控制信号为低电平。 在结露时，结露传感器的电阻值大于50 kΩ，BG1饱和导通，BG2截止；从而 使BG3及BG4导通，结露指示灯亮，输出的控制信号为高电平。