半导体传感器原理与应用PDF电子书下载

第1章 传感器的基础知识 1

1.1 传感器的基本概念 1

1.2 传感器的一般特性 2

1.2.1 传感器的静态特性 3

1.2.2 传感器的动态特性 6

1.3 传感器的标定 12

1.3.1 传感器的静态标定 12

1.3.2 传感器的动态标定 13

1.4 提高传感器性能的方法 15

小结 16

习题 16

第2章 半导体传感器敏感材料及典型工艺 18

2.1 半导体材料 18

2.1.1 硅材料特性 18

2.1.2 主要的硅化合物 19

2.2 电子陶瓷 20

2.2.1 电子陶瓷的特性 20

2.2.2 电子陶瓷的制备工艺 20

2.2.3 电子陶瓷的应用 21

2.3 有机敏感材料 22

2.4 金属敏感材料 23

2.5 常用加工技术 23

2.5.1 光刻工艺 23

2.5.2 腐蚀工艺 27

2.5.3 键合技术 30

2.5.4 微机械加工技术 32

2.5.5 LIGA技术 34

小结 36

习题 36

第3章 半导体气敏元件与传感器 38

3.1 金属氧化物的半导体化 39

3.2 表面电阻控制型气敏元件 41

3.2.1 烧结型SnO2气敏元件的结构 41

3.2.2 厚膜型和薄膜型SnO 2气敏元件的结构 43

3.2.3 SnO2表面电阻控制型气敏元件的工作原理 44

3.2.4 气敏元件的特性参数 45

3.2.5 SnO 2气敏元件的主要特性 47

3.2.6 烧结型SnO2气敏元件的制备工艺 47

3.3 氧化锌（ZnO）表面电阻控制型气敏元件 50

3.4 体电阻控制型气敏元件 52

3.4.1 氧化铁（Fe2 O3）系传感器 52

3.4.2 半导体氧敏元件 57

3.5 ZrO2浓差电池型氧传感器 60

3.6 电压控制型气敏传感器 62

3.6.1 肖特基二极管气敏元件 62

3.6.2 气敏开关元件 63

3.6.3 MOS二极管气敏元件 64

3.7 催化金属栅场效应气敏传感器 64

3.7.1 MOSFET的工作原理 65

3.7.2 Pd-MOSFET氢敏元件 65

3.7.3 集成Pd-MOSFET氢敏元件 68

3.7.4 H2 S气敏 Pd栅MOS管 69

3.8 微热板基气体传感器 70

3.9 气敏传感器特性参数的测试条件与装置 71

3.10 气敏传感器的应用 72

小结 73

习题 73

第4章 半导体湿敏元件与传感器 75

4.1 湿度表示方法 75

4.2 湿敏元件与传感器分类 77

4.3 特性参数 78

4.4 半导体陶瓷湿敏元件 80

4.4.1 半导体陶瓷材料的感湿机理 80

4.4.2 烧结型半导体陶瓷湿敏元件 82

4.4.3 ZrO2-Y2O3系厚膜陶瓷湿敏元件 86

4.4.4 涂覆膜型Fe3O1湿敏元件 88

4.4.5 多孔Al2O3薄膜型湿敏元件 91

4.5 元素半导体湿敏元件 95

4.6 半导体结型和MOS型湿敏元件 96

4.7 电解质系湿敏传感器 99

4.7.1 无机电解质湿敏元件 99

4.7.2 高分子材料湿敏元件 101

4.8 湿敏元件的应用 104

4.8.1 湿敏元件的标定 104

4.8.2 湿敏元件的线性化 106

小结 109

习题 110

第5章 半导体热敏元件与温度传感器 111

5.1 热电阻 111

5.1.1 金属热电阻 111

5.1.2 半导体热敏电阻 114

5.1.3 硅温度传感器 115

5.2 半导体热敏二极管 117

5.2.1 热敏二极管工作原理 117

5.2.2 热敏二极管的基本特性 118

5.3 半导体热敏晶体管 118

5.4 集成温度传感器 119

5.4.1 电流型集成温度传感器 119

5.4.2 电压型集成温度传感器 124

5.4.3 集成温控开关 126

5.4.4 数字型集成温度传感器 127

5.5 热电偶传感器 132

5.5.1 热电偶的测温原理 132

5.5.2 热电偶基本定律 134

5.5.3 热电偶的结构 135

5.5.4 热电偶冷端温度补偿 136

5.5.5 热电堆 138

小结 139

习题 139

第6章 半导体磁敏元件与传感器 142

6.1 半导体的磁敏效应 142

6.2 霍尔元件 144

6.2.1 霍尔元件的结构 144

6.2.2 基本测试电路 145

6.2.3 电磁特性 146

6.2.4 霍尔元件的制备工艺 146

6.2.5 霍尔元件的特性参数 147

6.2.6 霍尔元件的补偿技术 149

6.2.7 基本电路 152

6.2.8 霍尔元件的应用 153

6.3 磁阻元件 156

6.3.1 几何磁阻效应 157

6.3.2 长方形磁阻元件 158

6.3.3 栅格结构型磁阻元件和科比诺磁阻元件 159

6.3.4 磁阻元件的特性参数 160

6.3.5 磁阻元件的制备工艺 160

6.3.6 磁阻元件的应用举例 161

6.3.7 巨磁阻传感器 162

6.4 磁敏二极管 163

6.4.1 磁敏二极管的结构和工作原理 163

6.4.2 磁敏二极管的特性参数 165

6.4.3 磁敏二极管的温度补偿 169

6.5 磁敏三极管 170

6.5.1 磁敏三极管的结构 170

6.5.2 磁敏三极管的工作原理 171

6.5.3 磁敏三极管的特性参数 171

6.5.4 磁敏三极管的温度补偿技术 174

6.6 磁敏集成电路 175

6.6.1 双极型霍尔开关集成传感器 175

6.6.2 双极型霍尔线性集成传感器 179

6.7 微型磁通门 180

6.7.1 磁通门工作原理 180

6.7.2 磁通门制作工艺 181

小结 181

习题 182

第7章 半导体力敏元件与传感器 184

7.1 力学的基本概念 184

7.2 电阻应变片 186

7.3 扩散硅压阻式压力传感器 194

7.3.1 半导体的压阻系数 194

7.3.2 压阻式压力传感器的结构设计 200

7.3.3 压阻式压力传感器的制备工艺 207

7.3.4 硅压阻式传感器的测量电路 209

7.3.5 压阻式压力传感器的温漂补偿技术 211

7.3.6 差压传感器结构 213

7.3.7 压阻式加速度传感器 214

7.3.8 集成压力传感器 215

7.3.9 表面微机械压阻式压力传感器 217

7.4 电容式压力传感器 218

7.4.1 工作原理及类型 218

7.4.2 电容式传感器主要性能 220

7.4.3 硅电容压力传感器 221

7.4.4 电容式传感器典型测量电路 222

7.5 压电式力学量传感器 225

7.5.1 压电效应 225

7.5.2 石英晶体的压电效应 226

7.5.3 压电陶瓷的压电效应 229

7.5.4 压电元件的等效电路和结构形式 230

7.5.5 压电传感器的测量电路 231

7.5.6 压电传感器的结构与应用 235

7.5.7 压电式力学量传感器的主要性能 236

7.6 典型的声波质量传感器 238

小结 240

习题 240

第8章 半导体光敏元件与传感器 243

8.1 半导体的光吸收 243

8.1.1 本征吸收 243

8.1.2 直接跃迁和间接跃迁 244

8.1.3 其他光吸收过程 246

8.2 半导体的光电效应 247

8.2.1 外光电效应 248

8.2.2 内光电效应 248

8.3 外光电效应器件 249

8.3.1 光电管 249

8.3.2 光电倍增管 251

8.3.4 光电导效应器件——光敏电阻器 252

8.4.1 光电导管的工作原理 252

8.4.2 定态光电导及其弛豫过程 253

8.4.3 光敏电阻的结构 255

8.4.4 光敏电阻的种类 255

8.4.5 光敏电阻的特性和参数 255

8.5 光生伏特效应器件 259

8.5.1 光电二极管 259

8.5.2 高速PIN硅光电二极管 263

8.5.3 雪崩型光电二极管 264

8.5.4 硅光电晶体三极管 264

8.5.5 光电池 267

8.6 电荷耦合器件 271

8.6.1 CCD的基本工作原理 271

8.6.2 CCD图像传感器 275

8.7 光电位置敏感器件 277

8.8 光控晶闸管 280

8.9 光电耦合器件 281

小结 284

习题 284

第9章 半导体离子敏传感器与生物传感器 287

9.1 离子敏感元件的基本知识 287

9.2 ISFET 288

9.2.1 ISFET的结构 289

9.2.2 ISFET的工作原理 290

9.2.3 ISFET的特性参数 291

9.2.4 SFET的应用 294

9.3 半导体生物传感器 295

9.3.1 酶FET 295

9.3.2 免疫FET 298

9.3.3 基于MEMS的生物传感器 299

小结 300

习题 301

附录A Pt100铂电阻分度表 302

附录B K型热电偶分度号表 305

参考文献 309