3半导体敏感效应

第9章电学性质9.3半导体导电性的敏感效应概述传感器是指能感受规定的物理量，并按一定规律转换成可用输入信号的器件或装置，即把非电量转换成电量的装置。传感器通常由敏感元件、转换元件和测量电路三部分组成。（1）敏感元件是指能直接感受（或响应）被测量的部分，即将被测量通过传感器的敏感元件转换成与被测量有确定关系的非电量或其它量。（2）转换元件则将上述非电量转换成电参量。（3）测量电路的作用是将转换元件输入的电参量经过处理转换成电压、电流或频率等可测电量，以便进行显示、记录、控制和处理的部分。传感器的组成辅助电源敏感元件转换元件基本转换电路被测量电量敏感元件：是直接感受被测量，并输出与被测量成确定关系的某一物理量的元件。转换元件：敏感元件的输出就是它的输入，它把输入转换成电路参量。基本转换电路：上述电路参数接入基本转换电路（简称转换电路），便可转换成电量输出。稳定性(零漂)传感器温度供电各种干扰稳定性温漂分辨力冲击与振动电磁场线性滞后重复性灵敏度输入误差因素外界影响传感器输入输出作用图输出取决于传感器本身，可通过传感器本身的改善来加以抑制，有时也可以对外界条件加以限制。衡量传感器特性的主要技术指标第9章电学性质9.3半导体导电性的敏感效应一、热敏效应半导体的导电主要是由于电子和空穴造成的。温度增加，半导体中导电电子和空穴数目增加，因而使电导率升高。TBe0TBe0电阻率与温度的关系为：TBe0第9章电学性质9.3半导体导电性的敏感效应热敏电阻传感器的特点：1）电阻温度系数大，灵敏度高；2）结构简单，体积小，易于点测量；3）电阻率高，且适合动态测量；4）阻值与温度变化的关系是非线性的；5）稳定性较差。第9章电学性质9.3半导体导电性的敏感效应二、光敏效应1．光电效应当光照射物体时，如果光子的能量足够大，物体内部电子吸收光子能量后，摆脱内部力的约束，产生相应电效应的物理现象。（1）在光作用下，电子逸出物体表面的现象，称为外光电效应，如光电管、光电倍增管等。（2）在光作用下，物体的电阻率改变的现象，称为内光电效应，如光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管、光敏晶闸管等。（3）在光线作用下，物体产生一定方向电动势的现象，称为光生伏特现象，如光电池。第9章电学性质9.3半导体导电性的敏感效应2．光敏电阻光敏电阻受到光照时，产生电子—空穴对，使电阻率变小。光照越强，阻值越低。入射光线消失，电子—空穴对恢复，电阻值逐渐恢复原值。3．光敏管光敏管（光敏二极管、光敏三极管、光敏晶闸管等）属于半导体器件。第9章电学性质9.3半导体导电性的敏感效应4．电致发光固体发光材料在电场激发下产生的发光现象称为电致发光。电致发光是将电能直接转换成光能的过程。发光二极管(LED)是以特殊材料掺杂制成的半导体电致发光器件。当其PN结正向偏置时，由于电子—空穴复合时产生过剩能量，该能量以光子形式放出而发光。第9章电学性质9.3半导体导电性的敏感效应三、压敏效应1、电压敏感效应某些半导体材料对电压的变化十分敏感，例如半导体氧化锌陶瓷，通过它的电流和电压之间不成线性关系，即电阻随电压而变。用具有压敏特性的材料可以制成压敏电阻器。压敏电阻可用于过电压吸收、高压稳压、避雷针等。第9章电学性质9.3半导体导电性的敏感效应2、压力敏感效应•对半导体的材料施加应力时，除产生变形外，能带结构也相应地发生了变化，因而使材料的电阻率发生变化，这种由于应力的作用使电阻率发生改变的现象称为压力敏感效应。•半导体的压阻效应和应力的关系为：T0T0第9章电学性质9.3半导体导电性的敏感效应四、磁敏效应1．霍耳效应半导体或金属薄片置于磁场中，当有电流（与磁场垂直的薄片平面方向）流过时，在垂直于磁场和电流的方向上产生电动势，这种现象称为霍耳效应。第9章电学性质9.3半导体导电性的敏感效应霍耳效应第9章电学性质9.3半导体导电性的敏感效应dBIbHUdIBRUHH霍耳电压BqqEdHvBEdHvBbUdHvnqdIBUHnqR1H霍耳系数+qdv+++++-----eFmFbdqndvSqnIdv第9章电学性质9.3半导体导电性的敏感效应I++++---P型半导体+-HUBmFdv霍耳效应的应用2）测量磁场dIBRUHH霍耳电压1）判断半导体的类型mF+++---N型半导体HU-BI+-dv第9章电学性质9.3半导体导电性的敏感效应2、磁阻效应•半导体中，在与电流垂直的方向施加磁场后，使电流密度降低，即由于磁场的存在使半导体的电阻增大，这种现象称为磁阻效应。•通常用电阻率的相对改变来表示磁阻：222202000ZHZHBBR222202000ZHZHBBR第9章电学性质9.3半导体导电性的敏感效应五、其他敏感电阻•气敏效应•光磁效应•热磁效应•热电效应•……