《半导体传感器原理及其应用》求取 ⇩

第一章绪论1

1.1 传感器及传感技术1

1.2 传感器的作用1

1.3 传感器的发展方向2

1.4 传感器的分类3

第二章半导体传感器的物理基础6

2.1晶体结构6

2.1.1 晶体内部结构的周期性6

2.1.2 几种常用的晶体结构6

2.1.3 晶列与晶面的取向8

2.2能带结构9

2.2.1 半导体中电子状态和能带的形成9

2.2.2 几种常用半导体材料的能带结构10

2.3杂质效应14

2.3.1 载流子浓度14

2.3.2 掺杂效应16

2.4载流子的迁移率与电导率18

2.4.1 载流子的迁移率18

2.4.2 电导率21

2.5P-n结22

2.5.1 平衡态的P-n结22

2.5.2 P-n结的电流-电压特性23

第三章传感器的特性28

3.1传感器的静态特性28

3.1.1 传感器的输入输出特性28

3.1.2 线性度28

3.1.3 灵敏度30

3.1.4 迟滞31

3.1.5 重复性31

3.1.6 稳定性31

3.2传感器的动态特性32

3.2.1 传感器的数学模型32

3.2.2 传递函数33

3.2.3 频率响应33

3.2.4 时间响应34

3.2.5 实际传感器的动态特性35

3.3传感器的可靠性及噪声38

3.3.1 传感器的可靠性38

3.3.2 传感器的内噪声38

3.3.3 传感器的外部噪声39

第四章光传感器42

4.1光电效应及光传感器的分类42

4.1.1 光电效应42

4.1.2 光传感器的分类42

4.2光电导效应型传感器43

4.2.1 光电导器件工作原理及结构43

4.2.2 光电导元件的特性45

4.2.3 光电导式小型摄像管50

4.3光电效应型光传感器51

4.3.1 硅光电二极管51

4.3.2 Pin型硅光电二极管54

4.3.3 雪崩式光电二极管55

4.3.4 硅光电晶体三极管57

4.3.5 半导体彩色传感器58

4.3.6 光电闸流晶体管59

4.4光电子发射效应型传感器60

4.4.1 光电子发射效应60

4.4.2 光电管61

4.4.3 光电倍增管62

4.5热释电效应型传感器63

4.5.1 热释电效应63

4.5.2 热释电探测器的结构和特点64

4.6电荷耦合成像器件（CCD）65

4.6.1 CCD的MOS结构及工作原理65

4.6.2 电极结构及工作原理67

4.6.3 CCD摄像器件69

4.7光电耦合器件71

4.7.1 光隔离器71

4.7.2 光传感器73

4.7.3 光电耦合器的特性和主要参数74

第五章温度传感器78

5.1热电效应及温度传感器的分类78

5.1.1 半导体的热敏效应78

5.1.2 温差电动势效应78

5.1.3 温度传感器的分类79

5.2电阻式温度传感器79

5.2.1 半导体陶瓷热敏电阻79

5.2.2 金属电阻温度传感器83

5.3半导体温敏二极管84

5.3.1 温敏二极管的工作原理84

5.3.2 温敏二极管的基本特性84

5.3.3 温敏二极管的测试88

5.4温敏晶体管89

5.4.1 温敏晶体管原理89

5.4.2 温敏晶体管的线性化90

5.5集成温度传感器92

5.5.1 电流型集成温度传感器92

5.5.2 电压型集成温度传感器93

5.6温敏闸流晶体管94

5.6.1 温敏闸流晶体管的工作原理94

5.6.2 温敏闸流晶体管的基本特性97

5.7电势式温度传感器98

5.7.1 热电偶的测温原理98

5.7.2 热电偶的主要特性参数98

5.8其它温度传感器99

5.8.1 热辐射温度传感器99

5.8.2 热敏电容100

5.8.3 石英温度计100

5.8.4 表面波温度传感器101

5.8.5 超声波温度传感器101

5.8.6 利用化学物质的色调变化的温度传感器101

第六章磁敏传感器103

6.1电流磁效应及磁敏传感器分类103

6.1.1 霍尔效应103

6.1.2 磁阻效应103

6.1.3 形状效应103

6.1.4 磁敏传感器的分类105

6.2霍尔元件105

6.2.1 霍尔元件工作原理105

6.2.2 霍尔元件的结构106

6.3霍尔元件的参数及其测试方法107

6.3.1 普通参数及其测试方法107

6.3.2 专用参数及其测试方法109

6.4霍尔元件的补偿技术110

6.4.1 霍尔元件的温度补偿110

6.4.2 霍尔元件不等位电势的补偿111

6.5磁阻元件112

6.5.1 长方形磁阻元件112

6.5.2 科尔宾元件113

6.5.3 平面电极元件114

6.5.4 InSb-NiSb共晶磁阻元件114

6.5.5 曲折形磁阻元件114

6.5.6 温度补偿114

6.6磁敏二极管115

6.6.1 磁敏二极管的结构115

6.6.2 磁敏二极管的工作原理115

6.6.3 磁敏二极管的特性116

6.6.4 磁敏二极管的补偿技术118

6.7磁敏三极管119

6.7.1 磁敏三极管的结构119

6.7.2 磁敏三极管的工作原理119

6.7.3 磁敏三极管的特性120

6.7.4 磁敏三极管的温度补偿技术121

6.8集成霍尔传感器121

6.8.1 开关型集成霍尔传感器122

6.8.2 线性霍尔传感器122

第七章力学量传感器124

7.1压阻效应和压电效应124

7.1.1 压阻效应124

7.1.2 压电效应124

7.1.3 力学量传感器的分类125

7.2电阻应变计125

7.2.1 电阻应变计的分类125

7.2.2 金属电阻应变计的结构及工作原理126

7.2.3 半导体应变片128

7.3加速度传感器130

7.3.1 压阻式加速度传感器130

7.3.2 微型加速度传感器132

7.3.3 三维加速度传感器133

7.3.4 压电晶体加速度传感器134

7.4荷重传感器138

7.4.1 应变式荷重传感器138

7.4.2 压电式力传感器141

7.5扭矩传感器142

7.5.1 扭矩传感器的工作原理142

7.5.2 扭矩传感器的典型结构143

7.6位移传感器144

7.6.1 光栅传感器144

7.6.2 磁敏式位移传感器145

7.6.3 应变式位移传感器145

第八章流体量传感器147

8.1 流体量传感器的分类147

8.2压阻式压力传感器147

8.2.1 压力膜片的应力分析147

8.2.2 膜上扩散电阻的位置分布149

8.2.3 膜的形状及应力特性的比较151

8.2.4 压力传感器工作原理及其结构152

8.2.5 压力传感器的温漂及其补偿技术154

8.3集成压力传感器159

8.3.1 带温度补偿的集成压力传感器159

8.3.2 带放大器的单块集成压力传感器160

8.3.3 混合集成压力传感器161

8.4差压传感器162

8.4.1 EI膜和E形膜的应力分析162

8.4.2 E形、EI形膜的非线性分析163

8.4.3 E形膜EI膜扩散电阻的分布164

8.4.4 差压传感器结构164

8.5电容式压力传感器165

8.5.1 垂链式弹性膜及压力敏感电容165

8.5.2 电容式集成压力传感器166

8.5.3 频率输出型电容式集成压力传感器166

8.6流量传感器167

8.6.1 差压流量传感器167

8.6.2 边界层热线流量传感器168

8.6.3 Si热线式流量传感器168

8.7压力传感器的示定170

8.7.1 量程范围及压力灵敏度的测量方法170

8.7.2 温度漂移系数及环境温度的测量方法171

8.7.3 长时间漂移172

8.7.4 传感器综合精度172

第九章气敏传感器175

9.1气敏传感器的分类175

9.1.1 各种气敏传感器的分类175

9.1.2 半导体气敏传感器的分类175

9.2表面电阻控制型气敏传感器176

9.2.1 烧结型SnO2气敏传感器176

9.2.2 表面电阻控制型气敏传感器工作原理177

9.2.3 薄厚膜表面控制型气敏传感器178

9.2.4 SnO2气敏传感器基本特性与参数179

9.2.5 ZnO气敏传感器181

9.3体电阻控制型气敏传感器182

9.3.1 体电阻控制型气敏传感器工作原理182

9.3.2 体电阻控制型传感器特性182

9.4集成薄厚膜及复合型气敏传感器186

9.4.1 多层薄膜气敏传感器186

9.4.2 混合厚膜型气敏传感器186

9.4.3 复合氧化物气敏传感器187

9.5固体电解质气敏传感器188

9.5.1 ZrO2氧传感器188

9.5.2 硫酸盐气敏传感器189

9.6 二极管式气敏传感器189

9.7Pd-MOSFET氢敏传感器190

9.7.1 结构190

9.7.2 工作原理190

9.7.3 特性190

9.7.4 器件特性测试191

9.8气敏传感器的标定192

9.8.1 基本参数192

9.8.2 气敏传感器测试的基本电路193

9.8.3 测试条件及装置193

第十章湿度传感器196

10.1湿度及湿度传感器的分类196

10.1.1 湿度的定义196

10.1.2 湿度传感器的分类196

10.2陶瓷湿度传感器197

10.2.1 陶瓷湿度传感器的感湿机理197

10.2.2 MgCr2O4系湿度传感器198

10.2.3 ZnO-Cr2O3系湿度传感器200

10.2.4 湿度传感器的温度补偿及线性化201

10.3膜状湿度传感器203

10.3.1 结构203

10.3.2 等效电路203

10.3.3 特性及主要技术指标203

10.4氧化铝湿度传感器204

10.4.1 涂膜状Al2O3湿度传感器204

10.4.2 多孔Al2O3湿度传感器205

10.4.3 硅MOS型Al2O3湿度传感器206

10.5元素半导体湿度传感器207

10.5.1 Ge薄膜湿度传感器207

10.5.2 Se薄膜湿度传感器207

10.5.3 Si烧结型湿度传感器207

10.6化学感湿膜湿度传感器208

10.6.1 IiCl电解质湿度传感器208

10.6.2 炭膜湿度传感器208

10.6.3 高分子电解质薄膜湿度传感器209

10.7湿度传感器的特性参数及标定210

10.7.1 湿度传感器的特性参数210

10.7.2 湿度传感器的标定212

第十一章离子传感器214

11.1 离子传感器及其分类214

11.2离子选择电极（ISE）214

11.2.1 离子选择电极的结构214

11.2.2 工作原理215

11.2.3 常用的离子选择电极215

11.3金属-氧化物-半导体场效应晶体管（MOSFET）217

11.3.1 MOS结构的性质217

11.3.2 MOSFET的工作原理218

11.4.离子选择场效应晶体管（ISFET）221

11.4.1 ISFET的结构与性能222

11.4.2 ISFET的特性参数225

11.4.3 ISFET的性能参数227

11.4.4 ISFET的等效电路230

11.4.5 温度对ISFET的影响231

11.4.6 固态参比电极232

第十二章生物传感器233

12.1生物传感器及其分类233

12.1.1 生物传感器的研究对象233

12.1.2 生物传感器的分类233

12.1.3 生物传感器的结构及敏感物质固定方法233

12.2酶传感器235

12.2.1 酶传感器信号变换方式235

12.2.2 固定化酶传感器的结构236

12.3葡萄糖传感器237

12.3.1 葡萄糖传感器工作原理237

12.3.2 葡萄糖传感器结构237

12.4微生物传感器238

12.4.1 微生物传感器的分类238

12.4.2 微生物传感器结构238

12.4.3 微生物固定方式及工作原理239

12.4.4 微生物传感器的特点239

12.5免疫传感器240

12.5.1 抗原与抗体240

12.5.2 免疫传感器工作原理240

12.5.3 梅毒抗体传感器240

12.6半导体生物传感器241

12.6.1 酶FET241

12.6.2 青霉素FET241

12.6.3 尿素酶FET242

12.6.4 免疫FET244

第十三章光纤传感器246

13.1 光纤传感器及其分类246

13.2纤维光学基础理论247

13.2.1 光学纤维247

13.2.2 光线理论249

13.2.3 模式理论251

13.3光纤传感器的光源和光电探测器251

13.3.1 光源252

13.3.2 光耦合252

13.3.3 光电探测器253

13.4常用的光纤传感器255

13.4.1 光纤压力传感器256

13.4.2 光纤温度传感器257

13.4.3 光纤电流传感器260

13.4.4 光纤血流传感器262

13.5 光纤传感器阵列264

第十四章传感器应用中的共性技术266

14.1传感器的合理应用266

14.1.1 系统的条件266

14.1.2 传感器的参数266

14.1.3 信号处理电路与结构设计266

14.2传输信号的标准266

14.2.1 标准信号266

14.2.2 变送器电源与信号的传输线269

14.3直流电源稳定技术270

14.3.1 概述270

14.3.2 稳定电源调节原理271

14.3.3 提高电源性能指标的措施273

14.3.4 基准电压源273

14.3.5 稳压电源电路275

14.3.6 恒流源278

14.4电压放大器281

14.4.1 基本反相放大器281

14.4.2 基本同相放大器282

14.4.3 基本差动放大器282

14.4.4 仪用放大器283

14.4.5 隔离放大器284

14.5信号变换器286

14.5.1 电压-电流变换器286

14.5.2 电流-电压变换器287

14.5.3 电压-频率变换器288

14.5.4 电压-脉宽变换器290

第十五章传感器的应用294

15.1压力传感器的应用294

15.1.1 简易压力计电路294

15.1.2 用一只四运放构成的压力变换电路295

15.1.3 一种两线制压力传感器变换电路296

15.2温度传感器的应用297

15.2.1 用集成温度传感器LM35制作的数字温度计297

15.2.2 使用集成温度传感器组成的温度控制系统298

15.3光学传感器应用299

15.3.1 玻璃瓶计数器299

15.3.2 反射光强测量电路299

15.4磁敏传感器的应用301

15.4.1 磁场测量301

15.4.2 电流测量301

15.4.3 无触点开关301

15.4.4 位移传感器301

15.4.5 转速传感器301

15.4.6 位置传感器302

15.4.7 速度传感器302

15.4.8 性能优异的汽车霍尔点火器302

15.5.气敏传感器的应用304

15.5.1 煤气和液化石油气报警器304

15.5.2 废气浓度检测电路304

15.6湿度传感器的应用305

15.6.1 湿度传感器的湿度检测电路305

15.6.2 低湿度检测电路307

15.7离子敏器件的应用309

15.7.1 场效应离子敏基本测量电路309

15.7.2 Si3N4PH计电路309

参考文献311

附录1方向余弦及纵向、横向压阻系数的计算方法314

附录2应力引起电阻值的相对变化量与压阻系数、应力的关系315