半导体传感器和检测方法
《传感器与检测技术》半导体扩散硅压阻式压力传感器实验报告三
《传感器与检测技术》半导体扩散硅压阻式压力传感器实验报告课程名称：传感器与检测技术实验类型：实验项目名称：半导体扩散硅压阻式压力传感器实验一、实验目的和要求（必填）了解扩散硅压阻式压力传感器的工作原理和工作情况。
二、实验原理压阻式传感器的工作机理是半导体应变片的压阻效应，在半导体受力变形时会暂时改变晶体结构的对称性，因而改变了半导体的导电机理，是的它的电阻率发生变化，这种物理现象称之为半导体的压阻效应。
一般半导体一般采用N 型单晶硅为传感器的弹性元件，在它的上面直接蒸镀扩散出多个半导体电阻应变薄膜（扩散出P 型或N 型电阻条）组成电桥。
在压力（压强）作用下弹性元件产生应力，半导体电阻应变薄膜的电阻率产生很大的变化，引起电阻的变化，经电桥转换成电压输出，则其输出电压的变化反映了所受到的压力的变化。
三、需用器件与单元：主、副电源、可调直流稳压电源、差动放大器、电压/频率表、压阻式传感器、压力表及加压配件。
三、主要实验仪器主、副电源、可调直流稳压电源、差动放大器、电压/频率表、压阻式传感器、压力表及加压配件。
四、操作方法和实验步骤1、了解所需单元、部件、传感器的符号及在仪器上的位置。
图5-1 压阻式传感器符号及实验原理示意图2、按图5-2 将连接，注意接线正确，否则容易损坏元器件，差放接成同相反相均可。
图5-2 压阻式实验接线图3、按图5-3 接好传感器供压回路，传感器具有两个气咀，上面的是高压咀，下面的是低压咀，当高压咀接入正压力时（相对于低压咀）输出为正电压，反之为负。
将引压胶管接到高压咀（或低压咀），将加压皮囊上单向调节阀的锁紧螺丝拧紧，使压力表示数指示为0Kpa。
图7-3 供压回路安装示意图4、开启主、副电源，可调直流稳压电源选择±4V 档，电压/频率表量程切换开关置2V 档，调节差放调零旋钮，使电压/频率表示数为零，记下此时电压/频率表读数。
轻按加压皮囊，注意不要用力太大，每隔5Kpa 记录电压/频率表读数并填入下表5-1：5、根据所得的结果计算系统灵敏度S=ΔV/ΔP 关系曲线，找出线性区域。
金属氧化物半导体传感器的研究与应用
金属氧化物半导体传感器的研究与应用金属氧化物半导体传感器（Metal Oxide Semiconductor Sensor，简称MOS Sensor）是一种广泛应用于气体检测的传感器。
它基于气敏材料的电学性质，可以通过监测材料电阻的变化来识别环境中的气体种类及其浓度。
这种传感器具有快速、灵敏、价格低廉等优点，在工业、环保、医药、食品等领域的气体探测中得到了广泛应用。
1. 金属氧化物半导体传感器的基本原理金属氧化物半导体传感器是一种电阻传感器，它的敏感元件是一种金属氧化物半导体。
当有气体分子与敏感元件表面接触时，会改变敏感元件表面的化学状态，从而影响其电学性质。
传感器通过监测敏感元件电阻变化的大小，来判断环境中是否存在某种气体以及气体浓度的大小。
2. 金属氧化物半导体传感器的研究进展金属氧化物半导体传感器的研究始于20世纪70年代，当时主要使用的敏感材料是SnO2（二氧化锡）。
随着研究的不断深入，人们发现不同的金属氧化物对不同种类的气体具有不同的敏感度和选择性。
因此，研究人员不断探索新的敏感材料，如ZnO（氧化锌）、TiO2（二氧化钛）、WO3（三氧化钨）等，以扩大传感器的应用范围。
同时，传感器的电极结构、工作温度、气体流动方式等方面也得到了改进。
传感器的电极结构分为平行电极、交错电极、栅电极等，其中，栅电极结构的传感器能够提高材料的响应速度和灵敏度。
工作温度对传感器的性能也有较大影响，通常是在300-500℃的温度下工作。
而气体流动方式的改变可以分别影响检测器的灵敏度、响应速度等参数。
3. 金属氧化物半导体传感器的应用金属氧化物半导体传感器的应用非常广泛，主要涉及到工业、环保、医药、食品等领域。
在工业领域，传感器被应用于燃气检测、有毒气体检测、自动控制等方面，可以保障生产环境的安全。
在环保领域，传感器被应用于废气处理、大气污染监测等方面，可以帮助政府和企业监控环境质量，保障居民健康。
在医药领域，传感器被应用于呼吸道疾病的诊断、血氧浓度的监测等方面，可以提高医疗水平，改善人民健康。
ZnO气体半导体传感器简单介绍
ZnO的制备
• 液相法是在制备过程中，通过化学溶液作为传递能量的 媒介，从而制备各种纳米、溶剂热法、微乳液法、化学 反应自组装法（、液相模板法等。随着研究发展，目前 也发展了一些不属于以上两种的方法，比如像光刻也可 以用来制备纳米材料。
ZnO气敏性原理
材料表面吸附各种不同气体后，材料电阻率发生变化， 从而表现出气敏特性。ZnO材料对CO、C2H5OH、H2、NO2 等气体比较敏感，电阻率变化比较大，从而是气敏元件 的一种良好选择材料。当ZnO材料吸附还原性气体时， 电阻率随气体浓度升高而降低；反之，吸附氧化性气体 时电阻率随气体浓度升高而增大。这就为ZnO材料制作 气敏元件奠定了基础。此外，随着ZnO纳米技术的发展， 纳米材料比表面积较大，化学活性提高，从而可以提高 材料气敏特性。目前，使用各种技术已经制备出了对CO、 CH4、H2等气体有较高灵敏度的ZnO纳米气敏元件
ZnO半导体传感器检测气体
• ZnO器件主要用来检测可燃性和还原性气体。 • 完整的氧化物不具有半导体的性质，因此，常利用掺杂ZnO或
• •
其复合材料作为气敏材料。例如：将Cr203一ZnO复合材料对 NH3具有了很高的灵敏度和选择性；ZnO／Zn2Sn04 、 ZnO— CuO复合材料可以选择性地检测CO气体；Zn2Fe2SO4／ZnO 复合材料甲醇、乙醇和丙醇都具有较高的灵敏度。 另外ZnO表面修饰上贵金属也可以极大地改变其气敏性质。例 如：在ZnO纳米线上面修饰Au以后，对CO体具有高的灵敏度； 在ZnO薄膜和棒上负载上Pt发现负载后的样品在室温下可以极 大地提高对H2敏感度：ZnO纳米线上吸附上Pd发现可以提高 材料对乙醇的灵敏度。
半导体气体传感器——ZnO
气体传感器的应用
第九章半导体传感器
（1） MgCr2O4-TiO2湿敏元件氧化镁复合氧化物-二氧化钛 湿敏材料通常制成多孔陶瓷型“湿-电”转换器件, 它是负特性 半导瓷, MgCr2O4为Ｐ型半导体, 它的电阻率低, 阻值温度特性 好, 结构如图9 - 7所示, 在MgCr2O4-TiO2陶瓷片的两面涂覆有多 孔金电极。
金电极与引出线烧结在一起, 为了减少测量误差, 在陶瓷 片外设置由镍铬丝制成的加热线圈, 以便对器件加热清洗, 排 除恶劣气氛对器件的污染。 整个器件安装在陶瓷基片上, 电 极引线一般采用铂-铱合金。
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） 烧结型气敏元件将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（SnO2）烧结型气敏元件, 它的加热温度较低, 一般在200~300℃, SnO2气敏半导体对许多可燃性气体, 如氢、 一氧化碳、 甲烷、丙烷、乙醇等都有较高的灵敏度。
金属氧化物在常温下是绝缘的, 制成半导体后却显示气 敏特性。通常器件工作在空气中, 空气中的氧和NO2 这样的 电子兼容性大的气体, 接受来自半导体材料的电子而吸附负 电荷, 结果使N型半导体材料的表面空间电荷层区域的传导电 子减少, 使表面电导减小, 从而使器件处于高阻状态。一旦元 件与被测还原性气体接触, 就会与吸附的氧起反应, 将被氧束 缚的电子释放出来, 敏感膜表面电导增加, 使元件电阻减小。
在势垒区内产生的光生电子和光生空穴, 则分别被电场 扫向N区和P区, 它们对电流也有贡献。 用能带图来表示上述 过程如图9 - 11（a）所示。 图中Ec表示导带底能量; Ev表示 价带顶能量。 “ ”表示带正电荷的空穴; “· ”表示电子。 IL表示光电流, 它由势垒区两边能运动到势垒边缘的少数载 流子和势垒区中产生的电子-空穴对构成, 其方向是由N区流 向P区, 即与无光照射P-N结的反向饱和电流方向相同。
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
半导体指纹传感器原理
半导体指纹传感器原理
半导体指纹传感器是一种用于识别人类指纹的技术，其原理基
于半导体材料的特性和指纹的独特性。
半导体指纹传感器通常由一
系列微小的传感器组成，这些传感器可以感知指纹的细微纹理和特征。
其工作原理可以分为以下几个方面：
1. 表面接触，当手指放置在传感器表面时，指纹的细微纹理和
特征与传感器表面接触。
这种接触会导致微小的电荷变化或者电容
变化。
2. 电容变化，半导体指纹传感器通常利用电容变化来检测指纹
的细节。
当指纹接触传感器表面时，由于指纹的凹凸不平，会导致
电容的微小变化。
这些变化可以被传感器检测到并转化为数字信号。
3. 图像采集，传感器会采集指纹的图像，通常是通过记录电荷
变化或者光学方法来实现。
这些图像可以包含指纹的细节，例如脊线、汗孔和分叉点等。
4. 数据处理，采集到的指纹图像会被传感器转化为数字信号，
并通过内置的算法进行处理和分析。
这些算法可以识别指纹的特征
点，并将其转化为一个唯一的数学模型。
5. 比对识别，最后，传感器会将处理后的指纹数据与已存储的
指纹模型进行比对，以验证指纹的身份信息。
总的来说，半导体指纹传感器利用半导体材料的特性和指纹的
独特性，通过电容变化和图像采集等方式来获取指纹信息，并通过
数据处理和比对识别来实现指纹识别的功能。
这种技术因其高精度、快速响应和安全性而被广泛应用于手机解锁、门禁系统和身份验证
等领域。
半导体传感器
第9章 半导体传感器
9.1.2 半导体气敏传感器的机理
半导体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而制成的。当半导体器件被加热到稳定 状态，在气体接触半导体表面而被吸附时，被吸附的分子首先在 表面物性自由扩散，失去运动能量，一部分分子被蒸发掉，另一 部分残留分子产生热分解而固定在吸附处（化学吸附）。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。
第9章 半导体传感器
Sn O2烧 结 体 1
2
3 4
Ir—P d合 金 丝 (加 热 器 兼 电 极 )
(a)
13
13
24
24
(b)
图 9-3 直热式气敏器件的结构及符号 (a) 结构； (b) 符号
第9章 半导体传感器
旁热式气敏器件的结构及符号如图9-4所示，它的特点是将 加热丝放置在一个陶瓷管内，管外涂梳状金电极作测量极，在金 电极外涂上SnO2等材料。旁热式结构的气敏传感器克服了直热式 结构的缺点，使测量极和加热极分离， 而且加热丝不与气敏材 料接触，避免了测量回路和加热回路的相互影响，器件热容量大， 降低了环境温度对器件加热温度的影响，所以这类结构器件的稳 定性、 可靠性都较直热式器件好，国产QM-N5型和日本费加罗 TGS＃812、813型等气敏传感器都采用这种结构。
数有关。Pd—MOSFET气敏器件就是利用H2在钯栅极上吸附后引 起阈值电压UT下降这一特性来检测H2浓度的。
半导体传感器的原理与应用
半导体传感器的原理与应用一、什么是半导体传感器半导体传感器是一种利用半导体材料特性进行物理、化学量测量的传感器。
半导体材料是指在温度较高时，导电性大致介于导体和绝缘体之间的物质。
半导体传感器广泛应用于环境监测、工业自动化、医疗仪器等领域。
二、半导体传感器的工作原理半导体传感器的工作原理基于半导体材料的特性，主要包括以下步骤：1.材料选择：选择合适的半导体材料，如硅、锗等。
材料的选择取决于传感器要测量的物理或化学量的特性。
2.材料加工：对半导体材料进行加工，通常包括晶体生长、切割、抛光等工艺，以获得符合要求的传感器元件。
3.接触电极制备：通过沉积金属薄膜或其他电导材料，制备出用于与被测物接触的电极或反应层。
接触电极的材料和形状也是根据要测量的物理或化学量的不同而选择的。
4.电流或电压测量：将电流或电压施加到半导体传感器中，根据传感器的特性，通过测量电阻、电导率、电容等参数，计算出被测量物理或化学量的值。
三、半导体传感器的应用领域半导体传感器由于其高灵敏度、快速响应和可靠性等优势，广泛应用于以下领域：1.环境监测：半导体传感器可以用于检测温度、湿度、气体浓度等环境参数。
在空气质量监测、室内空调控制和农业温室管理等方面发挥重要作用。
2.工业自动化：在工业自动化领域，半导体传感器被用于测量压力、流量、位移等物理量。
通过实时监测和控制，提高生产效率和产品质量。
3.医疗仪器：半导体传感器可以测量血氧浓度、体温等生命体征参数，用于医疗仪器中，如血氧仪、体温计等。
在医疗诊断和治疗中起到重要作用。
4.汽车电子：半导体传感器在汽车电子中广泛应用，如气囊传感器、氧气传感器等。
提高汽车安全性能和燃油效率。
四、半导体传感器的发展趋势随着科技的不断发展，半导体传感器也在不断创新和进步。
未来的发展趋势主要包括：1.小型化和集成化：半导体传感器的体积将越来越小，以适应微型化设备和系统的需求。
同时，将更多的传感器集成在一个芯片上，提高系统的集成度和简化制造工艺。
传感器与检测技术实验
实验一压阻式压力传感器的压力测量实验一、实验目的: 了解扩散硅压阻式压力传感器测量压力的原理和标定方法。
二、基本原理：扩散硅压阻式压力传感器的工作机理是半导体应变片的压阻效应, 在半导体受力变形时会暂时改变晶体结构的对称性, 因而改变了半导体的导电机理, 使得它的电阻率发生变化, 这种物理现象称之为半导体的压阻效应。
一般半导体应变采用N型单晶硅为传感器的弹性元件, 在它上面直接蒸镀扩散出多个半导体电阻应变薄膜（扩散出敏感栅）组成电桥。
在压力（压强）作用下弹性元件产生应力, 半导体电阻应变薄膜的电阻率产生很大变化, 引起电阻的变化, 经电桥转换成电压输出, 则其输出电压的变化反映了所受到的压力变化。
图3—1为压阻式压力传感器压力测量实验原理图。
图3—1 压阻式压力传感器压力测量实验原理三、需用器件与单元: 机头压力传感器；显示面板中的F/V表(或电压表)、±2V～±10V步进可调直流稳压电源；调理电路面板传感器输出单元中的压阻式压力传感器；调理电路单元中的差动放大器；铜三通引压胶管、手捏气泵、压力表。
四、实验步骤:1.将机头上的压力传感器用铜三通引压胶管与压力表和手捏气泵连接好。
如图10—2所示,并松开手捏气泵的单向阀。
2.在显示与调理电路面板上按图3—3接线（注意: 压阻的电源端VS与输出端Vo不能接错）。
将F／V表(或电压表)量程切换开关切到2V档；可调直流稳压电源切到4V档。
检查接线无误后合上主、副电源开关, 将差动放大器的增益电位器按顺时针方向缓慢转到底后再逆向回转1/3, 调节调零电位器, 使电压表显示电压为零。
3、锁紧手捏气泵的单向阀, 仔细地反复手捏(注意：用力不要过大) 气泵并同时观察压力表, 压力上升到4Kpa左右时调节差动放大器的调零电位器, 使电压表显示为相应的0.4V左右。
再仔细地反复手捏气泵压力上升到19Kpa左右时调节差动放大器的增益电位器, 使电压表相应显示1.9V左右。
半导体传感器
半导体传感器半导体传感器利用半导体材料的各种物理、化学和生物学特性制成的传感器。
所采用的半导体材料多数是硅以及Ⅲ-Ⅴ族和Ⅱ-Ⅵ族元素化合物。
半导体传感器种类繁多，它利用近百种物理效应和材料的特性，具有类似于人眼、耳、鼻、舌、皮肤等多种感觉功能。
优点是灵敏度高、响应速度快、体积小、重量轻、便于集成化、智能化，能使检测转换一体化。
半导体传感器的主要应用领域是工业自动化、遥测、工业机器人、家用电器、环境污染监测、医疗保健、医药工程和生物工程。
半导体传感器按输入信息分为物理敏感、化学敏感和生物敏感半导体传感器三类。
半导体传感器利用半导体性质易受外界条件影响这一特性制成的传感器。
根据检出对象,半导体传感器可分为物理传感器，检出对象为光、温度、磁、压力、湿度等；也可以是化学传感器，检出对象为气体分子、离子、有机分子等；还可以是生物传感器，检出对象为生物化学物质。
光传感器根据光和半导体的相互作用原理制成的传感器，如现在广泛使用的太阳能。
通过在半导体中掺进杂质可以在禁带中造成新的能级，可以人为地将光的吸收移至长波范围，所以现在在冬天也可以用太阳能热水器等等。
半导体光传感器种类很多，可以通过光导效应、光电效应、光电流等实现光的检出，如光敏电阻、光电二极管、光电三极管、光电池等。
改变结构，还可以制成具有新功能的光传感器，例如灵敏度高和响应速度快的近红外检出器件、仅在特定波长范围灵敏的器件、发光与受光器件处于同一衬底的器件、可进行光检出和电流放大的器件、光导膜与液晶元件相结合的器件、电荷耦合器件等。
在物理传感器中，传感器的种类有很多，光电池就是其中一种物理传感器，它又叫做太阳能电池，它是直接把光能转化成电能的器件。
现在用得最多的是硅光电池，其开路电压一般在0.45～0.6v之间，当照度在2000Lx以下时，开路电压与照度近似成线性关系，而在超过2000Lx时开始显示出非线性。
其短路电流一般与照度呈线性关系，而受照面积越大，短路电流也越大，一般当照度在1000Lx以下时，短路电流在2～3mA/cm2之间。
半导体气体传感器的工作原理
半导体气体传感器的工作原理
半导体气体传感器是一种常见的气体检测设备，它可以检测空气中的各种气体浓度，如甲醛、二氧化碳、一氧化碳等。
其工作原理是基于半导体材料的电学特性，通过测量半导体材料的电阻变化来检测气体浓度。
半导体气体传感器通常由两个电极和一个半导体材料组成。
当气体分子进入半导体材料时，它们会与半导体材料中的自由电子或空穴发生反应，导致半导体材料的电阻发生变化。
这种变化可以通过测量电极之间的电阻来检测气体浓度。
半导体气体传感器的灵敏度和选择性取决于半导体材料的种类和结构。
常见的半导体材料包括二氧化锡、氧化锌、氧化铟等。
这些材料的电学特性可以通过控制其晶格结构、掺杂杂质等方式进行调节，从而实现对不同气体的检测。
半导体气体传感器具有响应速度快、体积小、功耗低等优点，因此被广泛应用于空气质量监测、工业安全、医疗诊断等领域。
但是，由于半导体材料的灵敏度和选择性受到温度、湿度等环境因素的影响，因此在实际应用中需要进行校准和补偿。
半导体气体传感器是一种基于半导体材料电学特性的气体检测设备，其工作原理简单、灵敏度高、响应速度快，具有广泛的应用前景。
半导体式传感器
第一节 气敏传感器
3、Pd-MOSFET气敏器件 这种器件是利用MOS场效应晶体管（MOSFET）的阈值电
压的变化做成的半导体气敏器件。Pd-MOSFET与普通 MOSFET的主要区别在于用Pd薄膜取代Al膜作为栅极。因 为钯对H2吸附能力强，而H2在钯上的吸附将导致钯的功函 数降低。阈电压UT的大小与金属和半导体之间的功函数差有 关。Pd-MOSFET气敏器件正是利用H2在钯栅上吸队后引 起阈电压UT下降这一特性来检测H2浓度的。 由于目前大多数气敏器件的选择性并不理想，而钯膜只对H2 敏感，所以Pd-MOSFET对氢有独特的高选择性。由于这类 器件的性能尚不太稳定，作为定量检测氢气浓度还存在一些 问题。
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第一节 气敏传感器
内热式器件管芯体积一般都很小，加热丝直接埋在金属氧化 物半导体材料内，兼作一个测量板，该结构制造工艺简单。 其缺点是：①热容量小，易受环境气流的影响；②测量电路 和加热电路之间相互影响；③加热丝在加热和不加热状态下 产生胀、缩，容易造成与材料接触不良的现象。
2022/8/29 温暖、随和、非正式、非个人、敌意、严格17、
一、班级社会体系理论
社会系统论者认为，组织是一群人彼此分 工合作，为达成某种目的而形成的一种有 机的结构，组织各部分是有机的、系统的、 稳定的关系结构。
班级社会体系理论（classroom as a
social system）是欧美关于班级组织理
第七章 半导体式传感器
第一节 气敏传感器 第二节 湿敏传感器 第三节 磁敏传感器 第四节 色敏传感器
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，借此检测特定气体的成分或者测量其 浓度的传感器的总称。
半导体温度传感器
半导体温度传感器传感器是一种物理装置或生物器官，能够探测、感受外界的信号、物理条件（如光、热、湿度）或化学组成（如烟雾），并将探知的信息传递给其他装置或器官。
国家标准GB766587对传感器下的定义是：“能感受规定的被测量件并按照一定的规律转换成可用信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成”o传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将检测感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。
它是实现自动检测和自动控制的首要环节。
传感器属于信息技术的前沿尖端产品，尤其是温度传感器被广泛用于工农业生产、科学研究和生活等领域,数量高居各种传感器之首。
半导体传感器是利用某些半导体的电阻随温度变化而变化的特性制成的。
半导体具有很宽的温度反应特性,各种半导体的温度反应区段不同。
传感器的作用人们为了从外界获取信息，必须借助于感觉器官。
而单靠人们自身的感觉器官，在研究自然现象和规律以及生产活动中它们的功能就远远不够了。
为适应这种情况，就需要传感器。
因此可以说，传感器是人类五官的延长，又称之为电五官。
新技术革命的到来，世界开始进入信息时代。
在利用信息的过程中，首先要解决的就是要获取准确可靠的信息，而传感器是获取自然和生产领域中信息的主要途径与手段。
在现代工业生产尤其是自动化生产过程中，要用各种传感器来监视和控制生产过程中的各个参数，使设备工作在正常状态或最佳状态，并使产品达到最好的质量。
因此可以说，没有众多的优良的传感器，现代化生产也就失去了基础。
在基础学科研究中，传感器更具有突出的地位。
现代科学技术的发展，进入了许多新领域：例如在宏观上要观察上千光年的茫茫宇宙，微观上要观察小到cm的粒子世界，纵向上要观察长达数十万年的天体演化，短到s的瞬间反应。
此外，还出现了对深化物质认识、开拓新能源、新材料等具有重要作用的各种极端技术研究，如超高温、超低温、超高压、超高真空、超强磁场、超弱磁场等等。
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。
半导体烟雾传感器的介绍
半导体烟雾传感器介绍
一、工作原理
半导体烟雾传感器是一种基于半导体材料制成的气体传感器，可以检测空气中某些特定气体的浓度。
其工作原理主要是通过敏感材料（如金属氧化物等）的电阻值变化来检测气体浓度。
当气体接触到敏感材料时，会与材料中的自由电子发生反应，导致材料的电阻值发生变化。
这个变化被转化为电信号，从而实现对气体浓度的检测。
二、特点
1.高灵敏度：半导体烟雾传感器具有高灵敏度，可以检测到低浓度的气体，
如烟雾、一氧化碳等。
2.快速响应：传感器对气体的反应速度很快，可以在短时间内给出检测结果。
3.稳定性好：经过适当的工作条件调整和老化处理，传感器的性能稳定，不
易出现漂移和失真。
4.寿命长：在正常工作条件下，传感器的使用寿命可长达数年。
5.体积小：这种传感器体积小，易于集成到各种设备和系统中。
三、应用领域
1.家庭安全：可以安装在家庭烟雾报警器中，用于检测室内空气中的烟雾和
一氧化碳浓度，保障家庭安全。
2.工业过程控制：可以用于工厂、矿井等场所的气体监测，以确保工作场所
的安全。
3.环境监测：可以用于监测大气、室内空气等环境中的烟雾和有害气体浓度。
4.科研领域：在科研领域，可以利用半导体烟雾传感器研究不同气体对半导
体材料的影响，进一步探索材料物性。
1半导体温度传感器
第8章 半导体传感器
（一）半导体热敏电阻主要特点
(1)灵敏度高,有正、负温度系数和在某一特定温度区域内阻值突变 的三种热敏电阻元件。其电阻温度系数要比金属大10～100倍以 上,能检测出10-6℃温度变化。
(2)小型,材料加工容易、性能好，最小的珠状热敏电阻可做到直径 为0.2mm,能够测出一般温度计无法测量的空隙、腔体、内孔、 生物体血管等处的温度。
成分中加入少量Y2O3和Mn2O3构
105
② P TC
成的烧结体。其特性曲线是随温度升 高而阻值增大,其色标标记为红色。
104
开关型正温度系数热敏电阻在居里点
附近阻值发生突变,有斜率最大的区
103
段,通过成分配比和添加剂的改变,可 使其斜率最大的区段处在不同的温度
102
① NTC
范围里,例如加入适量铅其居里温度 升高;若将铅换成锶,其居里温度下降 。
Rt=R0[1+α（t-t0）]
第8章 半导体传感器
1.热电阻传感器
对热电阻材料的要求：
①电阻温度系数α要尽可能大，且稳定； ②电阻率ρ要高； ③比热小，亦即热惯性小； ④电阻值随温度变化关系最好是线性关系； ⑤在较宽的测量范围内具有稳定的物理化学性质； ⑥良好的工艺性，即特性的复现性好，便于批量生产。
负温度系数（NTC）型半导体 热敏电阻研究最早,生产最成熟,是 应用最广泛的热敏电阻之一, 特别 适合于-100～300°C之间的温度 测量,其色标标记为绿色。
/ c·m
108
107
106
③ CTR
105
② P TC
104
103 ① NTC
102
101 0 40 80 120 160 200 t/℃
温度传感器测试与半导体制冷控温实验报告
温度传感器测试与半导体制冷控温实验报告一、实验目的1. 了解温度传感器的基本原理和使用方法；2. 了解半导体制冷实验箱的基本原理和使用方法；3. 掌握半导体制冷控温的方法和技巧；4. 认识温度传感器测试的重要性。
二、实验原理1. 温度传感器的基本原理：温度传感器根据温度的变化来改变其电学特性，从而获得温度信号。
在实验中，我们使用了热电偶和热敏电阻两种温度传感器。
2. 半导体制冷实验箱的基本原理：半导体制冷实验箱采用半导体元件作为制冷材料，利用半导体材料的热电效应，将热量从一个区域转移到另一个区域，从而实现制冷效果。
3. 半导体制冷控温的方法和技巧：控制制冷箱内的温度，一般采用PID控制器实现。
PID控制器通过对温度信号的采集和处理，以及对加热元件的功率调节，实现对温度的精确控制。
4. 温度传感器测试的重要性：温度传感器是对温度进行测量和控制的核心部件，对温度传感器的测试可以保证其准确度和可靠性，从而保证温度控制系统的稳定性和精度。
三、实验仪器和材料1. 热电偶温度计；2. 热敏电阻温度计；3. 半导体制冷实验箱；4. PID温度控制器；5. 电源；6. 万用表。
四、实验步骤及结果分析1. 温度传感器测试（1）连接热电偶温度计。
将热电偶温度计的测温端口和万用表相连，然后把热电偶放在温度稳定的环境中，记录下温度读数；（2）连接热敏电阻温度计。
将热敏电阻的两端分别接到万用表的两个测量端口上，然后把热敏电阻放在温度稳定的环境中，记录下温度读数；（3）对比两种温度传感器的读数。
将两种温度读数进行对比，看是否存在差异。
如果差异大，则说明其中一种传感器可能存在问题，需要进一步检查和测试。
2. 半导体制冷控温实验（1）打开半导体制冷实验箱，将实验样品放在箱内；（2）将PID温度控制器的温度传感器放入实验箱内，并将控制器和实验箱相连；（3）将温度设定值调节到所需温度，并启动控制器；（4）观察实验箱内的温度变化，如果温度超出设定范围，则对控制器进行调节，直到达到所需的控制效果。
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教学过程及教学设计
【ห้องสมุดไป่ตู้课讲授】
1．磁敏传感器
将磁场加于半导体固体器件上，就会产生磁电效应，它包括霍尔效应和磁阻效应。现在利用这些效应制成的固体半导体传感器和磁阻元件已经作为磁敏传感器使用。利用半导体传感器可进行磁场测量、大电流测量，可制成无触点开关和位移、转速、位置、速度等传感器。在汽车中用它来测量发动机的转速，可实现无接触测量。
教学过程及教学设计
气敏传感器主要用于煤气、液化气、煤矿瓦斯气体的泄漏以及火灾的报警，对环境大气的监测，在石化、轻工、电子、电力、冶金等部门对可燃气体的检测、检漏报警。被检测的煤气等气体常常比空气轻，所以气敏传感器应安装在位置比较高的地方。
4．湿敏传感器
湿敏传感器是能将湿度信号转换成电信号的一种新型器件。
【作业】p148（2）
课
后
记
事
在家电产品中，常使用湿敏器件进行湿度检测。湿敏器件主要由金属氧化物半导体制成，它有半导体陶瓷湿敏电阻、高分子薄膜式湿敏电容和聚合物磺酸锂离子交换型湿敏元件等几种。湿敏传感器的主要特点是响应速度快，当相对湿度变化10%RH时，在几秒钟内湿敏传感器就可以反映出来。
典型的湿敏传感器是多孔陶瓷湿敏器件，它具有测量湿度范围大、响应迅速、工作稳定的特点，它的另一个优点是电阻率能在很大范围内随湿度的变化而变化，是目前应用比较广泛的一种湿度传感器。
第____周第____次课系主任审核签字：___________
教学课题/
实训项目
半导体传感器和检测方法
教学
目标
（1）掌握常见半导体传感器的种类和用途。
（2）掌握常见半导体传感器的主要参数。
（3）掌握常见半导体传感器的检测方法。
重点
难点
1、常见半导体传感器种类和用途
2、常见半导体传感器的检测方法
教学
3．气敏传感器
半导体气敏元件是由非化学配比的金属氧化物半导体材料烧结而成的，遇到还原性气体或氧化性气体时，其阻值会发生变化，从而把气体信号（浓度或成分）转变为电信号，实现对可燃和有害气体的检测和报警。
半导体气敏元件可以根据材料的不同，制成对某种气体有一定选择性的专用传感器，如MQ31型对一氧化碳气体有很高的灵敏度，Pb-MOS则对氢气特别敏感。
2．力敏传感器
力敏器件是利用半导体材料的压阻效应而制成的一种半导体器件，它能将被测的各种力学量如压力、速度、流量等转换成电量。当半导体材料受到外力作用时，除产生形变外，晶体的内部结构也随之改变，使材料的电阻率发生变化，这就是半导体的压阻效应。利用这种效应实现力、位移和扭矩等量的电转换。
力敏器件的应用十分广泛，在医学方面，用于测量人体的血压、脑压等；在交通运输方面可测载重、风速、风压等；在科学研究、工业自控、环境气象、建筑材料及工程等领域应用十分普及。
手段
（含教法、学法、设备、教具、课件等）
教法：任务驱动法学法：自主、探讨
常见半导体传感器ppt
教学过程及教学设计
【回顾】
各种电子元器件
【导入】
半导体传感器是一种新型半导体器件，它能够能实现电、光、温度、声、位移、压力等物理量之间的相互转换，并且易于实现集成化、多功能化，更适合于计算机的要求，所以被广泛应用于自动化检测系统中。由于实际的被测量大多数是非电量，因而传感器的主要工作就是将非电信号转换成电信号。
5．各种传感器的检测
传感器的检测一般都需要使用专用仪器，并且要具备一定的条件，如温度的变化、湿度的变化、某种气体浓度的变化、磁场强度的变化等。在业余条件下，可以使用万用表来测量传感器的输入端和输出端的电阻值，作为一个最简单的判断。
教学过程及教学设计
【总结】
光敏传感器、声敏传感器、热敏传感器、磁敏传感器、力敏传感器、气敏传感器