新型传感器教学

新型传感器教学第1页，共29页，2023年，2月20日，星期六------利用各种物理现象、化学反应、生物效应等，是传感器的基本原理。§1.1新型传感效应第2页，共29页，2023年，2月20日，星期六（一）光电效应是指物体吸收了光能后，转换为该物体中某些电子的能量而产生的电效应。分为：外光电效应{内光电效应如：阴极管等{光电导效应光伏效应原理：第3页，共29页，2023年，2月20日，星期六1、光电导效应光敏电阻hγIpV电极电极---半导体在光辐射作用下，会产生电子-空穴对，使材料的电导率发生变化；光线越强，阻值越低，这种光照射后电导率发生变化的现象称～应用：原理：第4页，共29页，2023年，2月20日，星期六光电导材料：本征型：hγ>=Eg掺杂型:hγ>=ΔE第5页，共29页，2023年，2月20日，星期六典型器件结构：第6页，共29页，2023年，2月20日，星期六主要参数：１）

暗电阻光敏电阻在不受光时的阻值称为暗电阻,此时流过的电流称为暗电流。２）

亮电阻光敏电阻在受光照射时的电阻称为亮电阻,此时流过的电流称为亮电流。３）光电流亮电流与暗电流之差称为光电流。第7页，共29页，2023年，2月20日，星期六一定光照，R一定，I正比于U。基本特性：1）伏安特性：在一定照度下,流过光敏电阻的电流与光敏电阻两端的电压的关系第8页，共29页，2023年，2月20日，星期六2)光照特性（I～E）

光敏电阻的光照特性为非线性，不宜作检测元件，主要用于自动控制中。一定电压，I随着光照E增强而增大。E↑→R↓→I↑。1）光敏电阻的光电流与入射光通量之间存在着一定的关系，若两端施加电压U，电阻的光电流Ip为： 2）若考虑暗电导gd产生的暗电流Id，则流过光敏电阻的电流I为：其中，E为入射光的光照度，gp称为光敏电阻的光电导。Ip=SgUE=gpUI=Ip+Id=gpU+gdUSg称为光电导灵敏度。第9页，共29页，2023年，2月20日，星期六光敏电阻的相对光敏灵敏度与入射波长的关系称为光谱特性。亦称为光谱响应。①不同材料，其峰值波长不同。②同一种材料，对不同波长的入射光，其相对灵敏度不同，响应电流不同。应根据光源的性质，选择合适的光电元件（匹配）使光电元件得到较高得相对灵敏度。3）光谱特性（Kr%）第10页，共29页，2023年，2月20日，星期六应用电路：1.光照度计农作物日照时数测定。输出接单片机的I/O口，每2分钟对此口查询1次，为高电平，计数一次，为低电平，不计数。1天查询720次。无光照V0=VL。有光照V0=VH。光敏电阻器一般用于光的测量、光的控制和光电转换（将光的变化转换为电的变化）。第11页，共29页，2023年，2月20日，星期六节电开关第12页，共29页，2023年，2月20日，星期六2、PN结光伏效应：PNhγIpIlIDRPN结-------PN结光伏效应这种由光的照射，使pn结产生电动势的现象，叫做光生伏特效应.应用原理第13页，共29页，2023年，2月20日，星期六光敏二极管的基本特性1）光谱特性在入射度一定时，输出的光电流（或相对灵敏度）随光波波长的变化而变化。一种光敏二极管只对一定波长的入射光敏感，这就是它的光谱特性。第14页，共29页，2023年，2月20日，星期六2）伏安特性第15页，共29页，2023年，2月20日，星期六2、PN结光伏效应：国家体育馆顶部太阳能第16页，共29页，2023年，2月20日，星期六展开太阳能电池帆板的国际空间站

新增的车顶太阳能电池板技术，是这次普锐斯的最大技术亮点之一，在动力储备电能的同时，电池帆板将最大程度的将太阳能转化为电能，配合新增的1.8L动力引擎和至少发挥50千瓦的电力马达，综合路段行驶百公里油耗3L以内绝对不在话下。

第17页，共29页，2023年，2月20日，星期六3、科顿旋光效应线偏振光入射并透过旋光性物质时，产生偏转的现象。α旋光性物质又称为光学活性物质。当由左、右旋圆偏振光合成的直线偏振光进入旋光性物质（如芳香族化合物）时，由于旋光性物质能使左旋与右旋圆偏振光的传输速度改变，形成不同折射率，故此左、右旋偏振光透过厚度为d的旋光性物质后形成偏转角α,它可表达为：α=（φ1－φr）/2

φ1=2πd/λ1=2πdn1/λφr=2πd/λr=2πdnr/λ式中：φ1、φr—左、右旋偏振光透过旋光性物质时的旋转角度；n1、nr—左、右旋偏振光在旋光性物质中的折射率；λ—入射光的波长。第18页，共29页，2023年，2月20日，星期六（二）磁效应1、法拉第效应P1光敏器件+-通电的旋光物质P2P1、P2偏振片S光源表明：在磁场作用下，偏振光的光矢量将发生旋转Θ=VdLB应用第19页，共29页，2023年，2月20日，星期六2、霍尔效应IB--------++++++++FEFLVBUH实质：基于洛伦磁力第20页，共29页，2023年，2月20日，星期六（三）、力效应（四）、生化效应3、中性盐效应4、电泳效应（五）、多普勒效应1、压电效应2、磁致伸缩效应3、饱和效应（核磁共振效应）1、吸附效应2、半导体表面场效应第21页，共29页，2023年，2月20日，星期六§1。3新型敏感材料

半导体敏感材料

光导纤维高分子材料石英晶体-----传感器技术的重要物质基础本节和下一节可作为阅读自学材料部分,内容在后面章节介绍第22页，共29页，2023年，2月20日，星期六§1。4新加工工艺------新材料的应用引入了新工艺薄膜加工工艺2、化学气相淀积(CVD)

1、溅射第23页，共29页，2023年，2月20日，星期六

光学曝光微加工工艺

激光微细加工光纤制造技术

第24页，共29页，2023年，2月20日，星期六第一章思考题本章结束

1.什么是光电导效应、光伏效应？两者有什么区别？2、什么法拉第效应?利用该效应可测哪些参数？第25页，共29页，2023年，2月20日，星期六锗晶体中的正常键本征半导体和杂质半导体1本征半导体：纯净的无杂质的半导体导带禁带满带空穴电子电子被激发，晶体中出现空穴第26页，共29页，2023年，2月20日，星期六2杂质半导体电子型（简称n型）半导体价带导带施主能级施主能级五价原子砷掺入四价硅中，多余的价电子环绕离子运动第27页，共29页，2023