半导体传感器讲义

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半导体传感器
磁敏式传感器
磁敏式传感器按其结构可分为体型和结型两大类，前者有霍尔传感器和磁敏电阻；后者有磁敏二极管、磁敏晶体管。磁敏传感器的应用范围可分为模拟用途和数字用途两种。例如利用霍尔传感器测量磁场强度，用磁敏电阻、磁敏二极管作无接触式开关等。
1 霍尔传感器
霍尔传感器是利用霍尔效应实现磁电转换的一种传感器，有普通型、高灵敏度型、低温度系数型、测温测磁型和开关式的霍尔元件。
a、霍尔效应 ——霍尔效应是导体中自由电荷受洛仑兹力作用而产生的。
霍尔元件的灵敏度不仅与元件材料的霍尔系数有关，还与霍尔元件的几何尺寸有关。霍尔元件灵敏度KH与霍尔元件的厚度 d 成反比。
b、霍尔元件的主要技术参数
1．额定功耗P0
霍尔元件在环境温度T＝25℃时，允许通过霍尔元件的控制电流I和工作电压V的乘积即为额定功耗。一般可分为最小、典型、最大三档，单位为mw。当供给霍尔元件的电压确定后，根据额定功耗可以知道额定控制电流I。有些产品提供额定控制电流和电压，不给出额定功耗。
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／℃。
c、霍尔元件的测量误差和补偿方法
1．零位误差及补偿方法
零位误差是霍尔元件在加控制电流或不加外磁场时，而出现的霍尔电势称为零位误差。不平衡电势U0是主要的零位误差。因为在工艺上难以保证霍尔元件两侧的电极焊接在同一等电位面上。
2．温度误差及其补偿
(1)利用输出回路并联电阻进行补偿
(2)利用输入回路的串联电阻进行补偿
2 磁敏电阻器
一、磁阻效应
当一载流导体置于磁场中，其电阻会随磁场而变化，这种现象被称为磁阻效应。当温度恒定时，在磁场内，磁阻与磁感应强度B的平方成正比。半导体材料的磁阻效应较为明显。
二、磁敏电阻
磁敏电阻大多制成圆盘结构。这是因为磁阻效应除了与材料有关外，还与磁敏电阻的形状有关。磁敏电阻的灵敏度一般是非线性的，且受温度影响较大，在使用磁敏电阻时需要考虑温度补偿。
3 磁敏二极管和磁敏三极管
一、磁敏二根管的结构和工作原理
磁敏二极管是一个在P、N之间有一个较长的本征区I的PIN结型的的器件。并且本征区I的一面光滑，另一面打毛以利于电子 — 空穴的复合。
气敏传感器
2.1 (半导体)电阻型气敏传感器
从制造工艺上可把电阻型半导体气敏器件分为烧结型、薄膜型和厚膜型三类。
烧结型 —— 半导体陶瓷
薄膜型 —— 氧化物半导体薄膜
厚膜型 —— 丝网印刷厚膜胶

2.2 非电阻型(电压控制型)气敏器件
非电阻型气敏器件是利用MOS二极管的电容 — 电压特性的变化以及MOS场效应晶体管(MOSFET)的阈值电压的变化等物性而制成的气敏元件。
1. MOS二极管气敏元件
2．钯 - MOS场效应晶体管气敏器件
湿敏传感器
湿度是指大气中的水蒸气的含量。通常采用绝对湿度和相对湿度两种方法表示。
一、绝对湿度与相对湿度
1．绝对湿度
绝对湿度是单位空间中所含水蒸气的绝对含量（质量）。若被测空气的体积为V，被测空气中水蒸气的含量为mV，绝对湿度=mV ／V 。
2．相对湿度
相对湿度是指被测气体中的水蒸气压和该气体在相同温度下饱和水蒸气压的百分比，—般用符号%RH表示。相对湿度给出大气的潮湿程度，因此，它是一个无量纲的值。
二、湿敏元件的特性参数
1．湿度量程
2．相对湿度特性曲线
3．灵敏度及其温度系数
4．响应时间
5．湿滞回线和湿滞回差
吸湿和脱湿特征曲线的重合程度。