新型传感器综述.pptx
《新型传感器综述.pptx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《新型传感器综述.pptx(41页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、第一章第一章第一章第一章 新型传感器综述新型传感器综述新型传感器综述新型传感器综述新型传感效应新型传感效应1 新型敏感材料新型敏感材料2新加工工艺新加工工艺3新型传感器的发展方向新型传感器的发展方向4一、新型传感效应一、新型传感效应一、新型传感效应一、新型传感效应 按引起传感效应的物理量类型来区分,新按引起传感效应的物理量类型来区分,新型传感效应分为:型传感效应分为:光效应光效应磁效应磁效应 力效应力效应化学效应化学效应生物效应生物效应化学效应化学效应 光效应光效应光效应光效应光电效应:光电效应:(1)光电导效应光电导效应(2)光伏效应光伏效应电光效应:电光效应:(1)科顿(科顿(Cotton
2、)效应)效应(2)光弹效应)光弹效应光的多普勒效应光的多普勒效应 1.1.光电导效应光电导效应光电导效应光电导效应新型传感器 光辐射光辐射作用使材料的作用使材料的电导率电导率发生变化,而这发生变化,而这种变化与光辐射强度呈种变化与光辐射强度呈稳定的对应关系。称为稳定的对应关系。称为光电导效应。光电导效应。典型器件:光敏电阻(典型器件:光敏电阻(GeAs)光电导效应光电导效应光电导效应光电导效应 光电导材料有光电导材料有本征型本征型 和和掺杂型掺杂型 两种类型。两种类型。新型传感器 本征型光电导材料只有当入射光子能量本征型光电导材料只有当入射光子能量hvhv等于等于或大于半导材料的禁带宽度或大于
3、半导材料的禁带宽度EgEg时才激发一个电子空时才激发一个电子空穴对,在外电场作用下形成光电流。穴对,在外电场作用下形成光电流。掺杂型光电导材料只要入射光子能量掺杂型光电导材料只要入射光子能量hvhv等于或大等于或大于杂质电离能于杂质电离能E E时就能把施主能级上的电子激发到时就能把施主能级上的电子激发到导带而形成导电电子,在外电场作用下形成电流。导带而形成导电电子,在外电场作用下形成电流。光电导效应光电导效应光电导效应光电导效应 光电导器件的光电流与入射光通量之间存光电导器件的光电流与入射光通量之间存在着一定的关系,称为光电特性。在着一定的关系,称为光电特性。E E 为入射光的光照度;为入射光
4、的光照度;为光敏电阻的光导;为光敏电阻的光导;为光电导灵敏度。为光电导灵敏度。光电导效应光电导效应光电导效应光电导效应12-13学年第二学期新型传感器 典型器件光敏电阻(典型器件光敏电阻(GeAs),具有与人),具有与人眼十分相近的光谱响应特征。在可见光亮度眼十分相近的光谱响应特征。在可见光亮度测量中广泛采用光敏电阻,例如照相机自动测量中广泛采用光敏电阻,例如照相机自动曝光系统中的亮度测量等。曝光系统中的亮度测量等。2.2.P-NP-N结光伏效应结光伏效应结光伏效应结光伏效应12-13学年第二学期新型传感器 当光照射当光照射P-N结时,只要入射光子能量大于材结时,只要入射光子能量大于材料禁带宽
5、度,就会在结区产生电子料禁带宽度,就会在结区产生电子-空穴对。这些空穴对。这些非平衡载流子在内电场作用下,按一定方向运动,非平衡载流子在内电场作用下,按一定方向运动,在开路状态下形成电荷积累,产生了一个与内电在开路状态下形成电荷积累,产生了一个与内电场方向相反的光生电场,及光生电压场方向相反的光生电场,及光生电压Uoc,这就是,这就是所谓的光生伏特效应。所谓的光生伏特效应。P-NP-N结光伏效应结光伏效应结光伏效应结光伏效应新型传感器SE为光电灵敏度(光照灵敏度);为光电灵敏度(光照灵敏度);q为电子电荷数;为电子电荷数;为材料的量子效率;为材料的量子效率;A为受光面积;为受光面积;hv为光子
6、的能量。为光子的能量。12-13学年第二学期新型传感器P-NP-N结光伏效应结光伏效应结光伏效应结光伏效应 结型光电器件用作探测器时,有两种工结型光电器件用作探测器时,有两种工作模式,即工作在反偏置的光电导工作模式作模式,即工作在反偏置的光电导工作模式或零偏置的光伏工作模式。或零偏置的光伏工作模式。当负载电阻当负载电阻RL断开(断开(IL=0)时,)时,P-NP-N结两结两端的电压称为开路电压,用端的电压称为开路电压,用UOCOC表示,则表示,则12-13学年第二学期新型传感器 当负载电阻短路当负载电阻短路(即(即RL=0)时,光生电压)时,光生电压接近于零,流过器件的电流叫做短路电流接近于零
7、,流过器件的电流叫做短路电流ISCSC,这时光生载流子不再积累于这时光生载流子不再积累于P-NP-N结两侧,结两侧,P-NP-N结结又恢复到平衡状态,费米能级被拉平而势垒高又恢复到平衡状态,费米能级被拉平而势垒高度恢复到无光照时的水平,短路电流与光照度度恢复到无光照时的水平,短路电流与光照度E E成正比。成正比。P-NP-N结光伏效应结光伏效应结光伏效应结光伏效应10-11学年第二学期新型传感器P-NP-N结光伏效应结光伏效应结光伏效应结光伏效应 基于光伏效应的基于光伏效应的P-N结光电器件有三种:结光电器件有三种:硅光电池硅光电池 光敏光敏二极管二极管 光敏光敏三极管三极管 光敏二极管和硅光
8、电池的伏安特性一致,光敏二极管和硅光电池的伏安特性一致,只不过是工作在不同的偏置下;光电三极管则只不过是工作在不同的偏置下;光电三极管则可以看作光电二极管注入基极电流的普通三极可以看作光电二极管注入基极电流的普通三极管,及伏安特性与普通三极管相同,只不过其管,及伏安特性与普通三极管相同,只不过其曲线中的基极电流为光生电流。曲线中的基极电流为光生电流。新型传感器 能使左、右旋能使左、右旋圆偏振光圆偏振光传输速度相异的旋光传输速度相异的旋光性物质(或称光学活性物质,如芳香族化合物),性物质(或称光学活性物质,如芳香族化合物),在直线偏振光入射并透过时,会产生在直线偏振光入射并透过时,会产生 角的偏
9、角的偏转,这种现象称为科顿效应。转,这种现象称为科顿效应。3.3.科顿效应科顿效应科顿效应科顿效应10-11学年第二学期新型传感器科顿效应科顿效应科顿效应科顿效应10-11学年第二学期新型传感器 直线偏振光是由左、右旋圆偏振光的合成,直线偏振光是由左、右旋圆偏振光的合成,因此当它入射于旋光性物质时,左右旋偏振因此当它入射于旋光性物质时,左右旋偏振光因传播速度不同而使其折射率各不相同。光因传播速度不同而使其折射率各不相同。而圆偏振光每前进一个波长距离就有一次旋而圆偏振光每前进一个波长距离就有一次旋转,所以左右旋偏振光透过厚度为转,所以左右旋偏振光透过厚度为d的旋光性的旋光性物质后,旋转的角度分别
10、为:物质后,旋转的角度分别为:科顿效应科顿效应科顿效应科顿效应10-11学年第二学期新型传感器其中其中 为入射光波长,为入射光波长,分别为左、右旋分别为左、右旋偏振光在媒质中的折射率。透过的合成直线偏振光在媒质中的折射率。透过的合成直线偏振光偏转的角度偏振光偏转的角度 则为:则为:科顿效应科顿效应科顿效应科顿效应 磁效应磁效应磁效应磁效应10-11学年第二学期新型传感器磁光效应:磁光效应:(1)法拉第效应法拉第效应(2)克尔效应)克尔效应磁电效应:磁电效应:(1)霍尔()霍尔(Hall)效应)效应(2)磁阻效应)磁阻效应压磁效应:压磁效应:(1)磁致伸缩效应)磁致伸缩效应(2)威德曼效应)威德
11、曼效应 约瑟夫效应约瑟夫效应 核磁共振核磁共振 法拉第效应法拉第效应法拉第效应法拉第效应10-11学年第二学期新型传感器 法拉第效应又称为磁致旋光效应。当线偏法拉第效应又称为磁致旋光效应。当线偏振光通过处于磁场下的透明介质时,光线的偏振光通过处于磁场下的透明介质时,光线的偏振面(光矢量振动方向)将发生偏转,其偏转振面(光矢量振动方向)将发生偏转,其偏转角角 与磁感应强度与磁感应强度B以及介质的长度以及介质的长度L成如下比成如下比例关系:例关系:式中,式中,K是物质的特性常数,及维尔德是物质的特性常数,及维尔德(Verdet)常数,其数值与光波波长和温度有)常数,其数值与光波波长和温度有关。关。
12、霍尔效应霍尔效应霍尔效应霍尔效应10-11学年第二学期新型传感器 霍尔效应实际是基于洛伦兹力的效应。当电霍尔效应实际是基于洛伦兹力的效应。当电流通过半导体薄片时,垂直于电流方向的磁场流通过半导体薄片时,垂直于电流方向的磁场B使使电子向薄片的一侧偏转,从而使薄片的两侧产生电电子向薄片的一侧偏转,从而使薄片的两侧产生电位差位差 。所产生的电位差称为霍尔电势,霍尔电。所产生的电位差称为霍尔电势,霍尔电势与激励电流势与激励电流 的关系为:的关系为:式中,式中,为霍尔常数。为霍尔常数。由于材料及制作工艺的原因,霍尔元件存在温由于材料及制作工艺的原因,霍尔元件存在温度效应和不等位电势的问题。实际应用中必须
13、考虑度效应和不等位电势的问题。实际应用中必须考虑霍尔元件的温度和不等位电势的补偿问题。霍尔元件的温度和不等位电势的补偿问题。力效应力效应力效应力效应10-11学年第二学期新型传感器1.压电效应:压电效应:当具有压电效应的材料受到沿一定当具有压电效应的材料受到沿一定方向的外力作用而变形时,在其某两个表面上方向的外力作用而变形时,在其某两个表面上将产生极性相反的电荷。常见压电材料有石英将产生极性相反的电荷。常见压电材料有石英晶体(水晶)、铌酸锂(晶体(水晶)、铌酸锂(LiNbO3)、镓酸锂)、镓酸锂(LiGaO3)锗酸铋()锗酸铋(Bi12GeO3)等单晶体和经)等单晶体和经过极化处理的多晶体如钛
14、酸钡、锆钛酸压电陶过极化处理的多晶体如钛酸钡、锆钛酸压电陶瓷(瓷(PZT),此外还有高分子压电薄膜如聚偏二),此外还有高分子压电薄膜如聚偏二氟乙烯(氟乙烯(PVDF)、压电半导体()、压电半导体(ZnO)等。)等。力效应力效应力效应力效应10-11学年第二学期新型传感器2.磁致伸缩效应:磁致伸缩效应:某些铁磁体及其合金以及某些铁氧某些铁磁体及其合金以及某些铁氧体在磁场作用下将产生机械变形,其尺寸、大小会作体在磁场作用下将产生机械变形,其尺寸、大小会作相应的伸缩,称为磁致伸缩效应(焦耳效应)。相应的伸缩,称为磁致伸缩效应(焦耳效应)。磁致伸缩效应与磁性物质内部的磁畴变化有关。磁致伸缩效应与磁性物
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 新型 传感器 综述
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【w****g】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【w****g】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。