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传感器的定义能把被测物理量或化学量转换为与之有确定关系的电量输出的装置称为传感器半导体传感器半导体传感器利用半导体材料各种物理、化学和生物学特性制成的传感器物理敏感半导体传感器将物理量转换成电信号的器件化学敏感半导体传感器将化学量转换成电信号的器件，按敏感对象可分为对气体、湿度、离子等敏感的类型，具有类似于人的嗅觉和味觉的功能生物敏感半导体传感器将生物量转换成电信号的器件，往往利用膜的选择作用、酶的生化反应和免疫反应，通过测量反应生成物或消耗物的数量达到检测的目的迟滞正（输入量增大）反（输入量减小）行程中输出输入曲线不重合称为迟滞。重复性传感器在输入按同一方向连续多次变动时所得特性曲线不一致的程度。①上升时间tr：输出由稳态值的10%变化到稳态值的90%所用的时间。②响应时间ts：系统从阶跃输入开始到输出值进入稳态值所规定的范围内所需要的时间。③峰值时间tp：阶跃响应曲线达到第一个峰值所需时间。光生伏特效应：在光作用下能使物体产生一定方向电动势的现象。基于该效应的器件有光电池、光敏二极管、光敏三极管光电导效应在光线作用下，电子吸收光子能量从键合状态过度到自由状态，而引起材料电导率的变化光电效应光敏传感器的理论基础是光电效应。指物体吸收了光能后转换为该物体中某些电子的能量，从而产生电效应。外光电效应入射光子被物质的表面所吸收，并从表面向外部释放电子的一种物理现象。基于外光电效应的光电器件有光电管、光电倍增管内光电效应当光照在物体上，使物体的电导率发生变化，或产生光生电动势的现象。分为光电导效应和光生伏特效应（光伏效应）二次电子发射当具有足够动c能的电子轰击打拿极表面有电子发射出来，这种现象称为二次电子发射.应力作用在单位面积上的内力叫做应力应变微小材料元素在承受应力时所产生的单位长度的变形量压阻效应当半导体受到应力作用时，由于载流子迁移率的变化，电阻率将发生显著的变化方块电阻一个正方形的薄膜导电材料边到边之间的电阻温度传感器一种将温度转化为电学量变化的装置，用于检测温度和热量半导陶瓷热敏电阻一般是用金属氧化物为原料，采用陶瓷工艺制备的具有半导体特性的陶瓷电阻器热敏电阻的耗散系数热敏电阻的耗散系数定义为热敏电阻功率耗散的变化量与该元件的温度变化量之比，即热敏电阻的体温每升高１度所消耗的功率热敏电阻的热时间常数在零功率条件下，当温度突变时，热敏电阻的温度变化了始末两个温度差的63.2%时所需的时间热敏电阻的互换性同一标称电阻值得热敏电阻器之间可互换的程度IC温度传感器指把温度传感器与后续的放大器等，用集成化技术制作在同一基片上而成的集传感器与放大为一体的功能器件。霍尔效应霍尔效应是导电材料中的电流与磁场相互作用而产生电动势的物理效应。磁敏传感器一种将磁学量信号转换为电信号的器件或装置霍尔传感器将霍尔元件与放大器电路、温度补偿电路及稳压电源电路等集成在一个芯片上，称之为霍尔传感器磁阻效应在半导体上施加磁场时，由于洛伦兹力的作用，载流子的漂移方向将发生偏转，致使与外加电场同方向的电流分量减小，等价于电阻增大气体传感器就是能感知环境中某种气体及其浓度的一种装置或者器件。半导体气体传感器利用待测气体与半导体表面接触时，产生的电导率等物理性质变化来检测气体的。气敏元件的灵敏度气敏元件对于被测气体的敏感程度的指标。气敏元件的选择性在多种气体共存的条件下，气敏元件区分气体种类的能力。气敏元件的响应时间表示在工作温度下，气敏元件对被测气体的响应速度。一般从气敏元件与一定浓度的被测气体接触时开始计时，直到气敏元件的阻值达到在此浓度下的稳定电阻值的63％时为止气敏元件的恢复时间表示在工作温度下,被测气体由该元件上解吸的速度,一般从气敏元件脱离被测气体时开始计时,直到其阻值恢复到在洁净空气中阻值的63％时所需时间。初期稳定时间一般电阻型气敏元件,在刚通电的瞬间,其电阻值将下降,然后再上升，最后达到稳定。由开始通电直到气敏元件阻值到达稳定所需时间，称为初期稳定时间第四章光敏传感器1．光电效应通常分为哪几类？与之对应的光电器件有哪些？光电导效应、光生伏特效应的概念。分两类:外光电效应、内光电效应。外光电效应：入射光子被物质的表面所吸收，并从表面向外部释放电子的一种物理现象。基于外光电效应的光电器件有光电管、光电倍增管。内光电效应：当光照在物体上，使物体的电导率发生变化，或产生光生电动势的现象。基于外光电效应的光电器件有光敏电阻、光电池、光敏二极管、光敏三极管。光电导效应：在光线作用下，电子吸收光子能量从键合状态过度到自由状态，而引起材料电导率的变化。光生伏特效应：在光作用下，能使物体产生一定方向电动势的现象。2．半导体内光电效应与入射光频率的关系是什么？为了实现能级的跃迁，入射光的能量必须大于光电导材料的禁带宽度Eg，即本征：Eg24.1hch对于杂质半导体：杂质电离能Ei24.1hch3．光电倍增管产生暗电流的原因有哪些？如何降低暗电流？原因：环境温度、热辐射及其他因素。主要因素：1．欧姆漏电（低压）：主要指光电倍增管的电极之间玻璃漏电、管座漏电和灰尘漏电等。2．热发射（较高）：由于光电阴极材料的光电发射阈值较低，容易产生热电子发射。3．残余气体放电（高压）：光电倍增管中高速运动的电子会使管中的残余气体电离，产生正离子和光子，它们也将被倍增，形成暗电流4．场致发射：光电倍增管的工作电压高时还会引起管内电极上的尖端或棱角的场强太高产生的场致发射暗电流。5．玻璃壳放电和玻璃荧光：当光电倍增管负高压使用时，金属屏蔽层与玻璃壳之间的电场很强，尤其是金属屏蔽层与处于负高压的阴极电场最强。在强电场下玻璃壳可能产生放电现象或出现玻璃荧光，放电和荧光都要引起暗电流，而且还将严重破坏信号。措施：①选用热发散射小的材料，降低光电倍增管温度。②降低工作电压。③增加屏蔽壳与玻璃管壁间的距离。④保持管壳和所有连接器件的清洁干燥。⑤加强工艺，完善器件做工。在管子封口前低温烘烤多余的残留气体。4．试述光电倍增管的组成及工作原理。（1）光电倍增管是一种真空光电发射器件，它主要由（光入射）窗、光电阴极、电子光学系统、倍增极(打拿极)和阳极五部分组成。（2）工作原理：光照射到阴极上产生光电子，光电子在真空中电场的作用下被加速而投射到第一个打拿极上，产生3～6倍的二次电子，被打出来的二次电子再经过加速电场的加速，又打在第二倍增电极上，电子数目又增加3～6倍，如此不断连续倍增，直到最后一级的倍增极产生的二次电子被更高电位的阳极收集为止，其电子数将达到阴极发射电子数的105~106倍。从而在整个回路里形成光电流IA。工作时，电极电位从阴极到阳极经过各个打拿极逐级升高，即每个打拿极电压应满足V11V10….V3V2V1，（其中V11，V10，….V3，V2，V1分别为各打拿极的电压。）5．简述光敏二极管和光敏三极管的工作原理及两管的区别。光电二极管工作原理：（1）光照产生光生电子和光生空穴—光生载流子。（2）势垒区光生载流子在结电场作用下做漂移运动，光生电子被拉向N区而光生空穴被拉向P区。（3）势垒区外产生的光生载流子可向势垒区扩散，形成扩散电流，其运动速度远小于势垒区的漂移电流。扩散过程中有大量载流子因复合而湮灭。（4）光电流主要来自于势垒区和两侧各一个载流子扩散长度范围内的光电效应。光电三极管工作原理：（1）无光照时，因热激发而产生少数载流子，集电结反偏，电场很强，热电子从基极进入集电极，空穴从集电极运动到基极形成发射极开路集电极基极反向电流，即暗电流Icbo。基区电子漂移留下的正离子吸引射极电子，被集电极收集形成集射极间暗电流，即正常晶体的反向截止电流。表示为（2）有光照时，光照激发产生的光生电子-空穴对增加了少数载流子的浓度。由于集电结处于反向偏置，使内电场增强。在内电场的作用下，大量光生电子漂移到集电区，在基区留下空穴，使基极电位升高，促使发射区有大量电子经基区被集电区收集而形成放大的集电极光电流。此时集电结产生的光电子空穴对形成的光电流Is,则Ie=（1+β）Is。区别：（1）光电流①暗电流相差不大②光电流：二极：几MA–几百MA。三极：几MA（2）响应时间：（频率响应）二极：τ≦100ns三极：τ：10^-5–10^-4s。6．为什么在光照度增大到一定程度后，硅光电池的开路电压不再随入射照度的增大而增大？硅光电池的最大开路电压为多少？。当硅光电池的输出端开路时，外电流I=0，开路电压为：硅光电池的开路电压与入射光强度有关。其规律是：硅光电池开路电压与入射光强度的对数成正比，即开路电压随入射光强度增大而增大，但入射光强度越大，开路电压增加越缓慢。当照度为20000lx时趋向饱和。硅光电池的Uoc一般为0.45~0.6V，最大不超过0.756V。它不能大于PN结热平衡时的接触电势差，室温下Si的接触电势差为0.7V。7.光电阴极的光电发射材料应具备三个基本条件？与半导体材料相比，为什么金属材料不适合作光电阴极材料？（1）基本条件：1.光吸收系数大2.光电子在体内传输到体外的过程中能量损失小，使逸出深度大，逸出功小。3.电子亲和势较低，使表面逸出几率提高。(2)金属材料1.表面光亮，反射系数大，对可见光吸收系数小2.由于电子散射，光电子在体内传输到体外的过程中能量损失大，使逸出功大3.电子亲和势高，表面逸出几率低8.什么是二次发射？当具有足够动能的电子轰击打拿极时，该打拿极表面将有电子发射出来，这种现象称为二次电子发射。轰击打拿极的电子称为一次电子，其二次电子发射系数表示为：psnn（ns为发射出的二次电子数，np为打在打拿极上的电子数。）9.光电二极管与普通二极管的不同和相似之处。共同点：有一个PN结，单向导通性不同点：1）受光面大，pn结面积更大；2）表面有防反射的SIO2保护层；3）外加负偏压。cboceo)1(II)1ln(sPocIIqkTU4）外形不同，光电二极管有透明窗口，接收光线10.光电二极管与光电池的比较。基本结构均为PN结，利用光生伏特效应工作，有SiO2保护膜不同：1）结面积比光电池小，频率特性好；2）光生电势与光电池相同，但电流比光电池小；3）可在零偏压下工作，更常在反偏压下工作4）光电池-能量转化（转化率）；光电二极管：光探测（灵敏度、响应速度）11.2DU型光电二极管为什么要引出环极？（1）光电二极管的光敏面通常都涂有SiO2防反射膜，而SiO2中常含有少量的钠、钾、氢等正离子。这些正离子在SiO2中不能移动，但他们的静电感应却可以使P-Si表面产生一个感应电子层。这个电子层与N-Si的导电类型相同，可以使P-Si表面与N-Si连通起来。（2）当管子加反向偏压时，从前级流出的暗电子流除了有PN结的反向漏电流外，还有通过表面感应电子层产生的漏电流，从而使从前级流出的暗电子流增大。（3）为了减小暗电流，在光敏面周围光刻一环形窗口，扩散进磷杂质形成n+层，引出电极-环极。当给环极加上正向电压后，使表面漏电流从环极引出去，从而减小了光敏面的漏电流，即光敏二极管的暗电流减小了。12.APD的工作过程。（雪崩光电二极管）APD工作电压很高，约100～200V。结区内电场极强，光生电子在这种强电场中可得到极大的加速，高速运动的电子和晶格原子相碰撞，使晶格原子电离，产生新的电子-空穴对。新产生的二次电子再次和原子碰撞。如此反复，形成雪崩式的载流子倍增。因此，这种管子有很高的内增益，响应速度特别快。13.CCD的电荷存储原理。（1）构成CCD的基本单元是MOS电容器。与其它电容器一样，MOS电容器能够存储电荷。（2）如果MOS电容器中的半导体是P型硅，当在金属电极上施加一个正电压Ug时，P型硅中的多数载流子（空穴）受到排斥，半导体内的少数载流子（电子）吸引到P-Si界面处来，从而在界面附近形成一个带负电荷的耗尽区（表面势阱）。（3）在一定的条件下，所加正电压Ug越大，耗尽层就越深，势阱所能容纳的少数载流子电荷的量就越大。（4）如果有光照射在硅片上，在光子作用下，半导体硅产生了电子-空穴对，光生电子被附近的势阱所吸