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第1章 传感器的基础知识1

1.1 传感器的基本概念1

1.2 传感器的一般特性2

1.2.1 传感器的静态特性3

1.2.2 传感器的动态特性6

1.3 传感器的标定12

1.3.1 传感器的静态标定12

1.3.2 传感器的动态标定13

1.4 提高传感器性能的方法15

小结16

习题16

第2章 半导体传感器敏感材料及典型工艺18

2.1 半导体材料18

2.1.1 硅材料特性18

2.1.2 主要的硅化合物19

2.2 电子陶瓷20

2.2.1 电子陶瓷的特性20

2.2.2 电子陶瓷的制备工艺20

2.2.3 电子陶瓷的应用21

2.3 有机敏感材料22

2.4 金属敏感材料23

2.5 常用加工技术23

2.5.1 光刻工艺23

2.5.2 腐蚀工艺27

2.5.3 键合技术30

2.5.4 微机械加工技术32

2.5.5 LIGA技术34

小结36

习题36

第3章 半导体气敏元件与传感器38

3.1 金属氧化物的半导体化39

3.2 表面电阻控制型气敏元件41

3.2.1 烧结型SnO2气敏元件的结构41

3.2.2 厚膜型和薄膜型SnO 2气敏元件的结构43

3.2.3 SnO2表面电阻控制型气敏元件的工作原理44

3.2.4 气敏元件的特性参数45

3.2.5 SnO 2气敏元件的主要特性47

3.2.6 烧结型SnO2气敏元件的制备工艺47

3.3 氧化锌（ZnO）表面电阻控制型气敏元件50

3.4 体电阻控制型气敏元件52

3.4.1 氧化铁（Fe2 O3）系传感器52

3.4.2 半导体氧敏元件57

3.5 ZrO2浓差电池型氧传感器60

3.6 电压控制型气敏传感器62

3.6.1 肖特基二极管气敏元件62

3.6.2 气敏开关元件63

3.6.3 MOS二极管气敏元件64

3.7 催化金属栅场效应气敏传感器64

3.7.1 MOSFET的工作原理65

3.7.2 Pd-MOSFET氢敏元件65

3.7.3 集成Pd-MOSFET氢敏元件68

3.7.4 H2 S气敏 Pd栅MOS管69

3.8 微热板基气体传感器70

3.9 气敏传感器特性参数的测试条件与装置71

3.10 气敏传感器的应用72

小结73

习题73

第4章 半导体湿敏元件与传感器75

4.1 湿度表示方法75

4.2 湿敏元件与传感器分类77

4.3 特性参数78

4.4 半导体陶瓷湿敏元件80

4.4.1 半导体陶瓷材料的感湿机理80

4.4.2 烧结型半导体陶瓷湿敏元件82

4.4.3 ZrO2-Y2O3系厚膜陶瓷湿敏元件86

4.4.4 涂覆膜型Fe3O1湿敏元件88

4.4.5 多孔Al2O3薄膜型湿敏元件91

4.5 元素半导体湿敏元件95

4.6 半导体结型和MOS型湿敏元件96

4.7 电解质系湿敏传感器99

4.7.1 无机电解质湿敏元件99

4.7.2 高分子材料湿敏元件101

4.8 湿敏元件的应用104

4.8.1 湿敏元件的标定104

4.8.2 湿敏元件的线性化106

小结109

习题110

第5章 半导体热敏元件与温度传感器111

5.1 热电阻111

5.1.1 金属热电阻111

5.1.2 半导体热敏电阻114

5.1.3 硅温度传感器115

5.2 半导体热敏二极管117

5.2.1 热敏二极管工作原理117

5.2.2 热敏二极管的基本特性118

5.3 半导体热敏晶体管118

5.4 集成温度传感器119

5.4.1 电流型集成温度传感器119

5.4.2 电压型集成温度传感器124

5.4.3 集成温控开关126

5.4.4 数字型集成温度传感器127

5.5 热电偶传感器132

5.5.1 热电偶的测温原理132

5.5.2 热电偶基本定律134

5.5.3 热电偶的结构135

5.5.4 热电偶冷端温度补偿136

5.5.5 热电堆138

小结139

习题139

第6章 半导体磁敏元件与传感器142

6.1 半导体的磁敏效应142

6.2 霍尔元件144

6.2.1 霍尔元件的结构144

6.2.2 基本测试电路145

6.2.3 电磁特性146

6.2.4 霍尔元件的制备工艺146

6.2.5 霍尔元件的特性参数147

6.2.6 霍尔元件的补偿技术149

6.2.7 基本电路152

6.2.8 霍尔元件的应用153

6.3 磁阻元件156

6.3.1 几何磁阻效应157

6.3.2 长方形磁阻元件158

6.3.3 栅格结构型磁阻元件和科比诺磁阻元件159

6.3.4 磁阻元件的特性参数160

6.3.5 磁阻元件的制备工艺160

6.3.6 磁阻元件的应用举例161

6.3.7 巨磁阻传感器162

6.4 磁敏二极管163

6.4.1 磁敏二极管的结构和工作原理163

6.4.2 磁敏二极管的特性参数165

6.4.3 磁敏二极管的温度补偿169

6.5 磁敏三极管170

6.5.1 磁敏三极管的结构170

6.5.2 磁敏三极管的工作原理171

6.5.3 磁敏三极管的特性参数171

6.5.4 磁敏三极管的温度补偿技术174

6.6 磁敏集成电路175

6.6.1 双极型霍尔开关集成传感器175

6.6.2 双极型霍尔线性集成传感器179

6.7 微型磁通门180

6.7.1 磁通门工作原理180

6.7.2 磁通门制作工艺181

小结181

习题182

第7章 半导体力敏元件与传感器184

7.1 力学的基本概念184

7.2 电阻应变片186

7.3 扩散硅压阻式压力传感器194

7.3.1 半导体的压阻系数194

7.3.2 压阻式压力传感器的结构设计200

7.3.3 压阻式压力传感器的制备工艺207

7.3.4 硅压阻式传感器的测量电路209

7.3.5 压阻式压力传感器的温漂补偿技术211

7.3.6 差压传感器结构213

7.3.7 压阻式加速度传感器214

7.3.8 集成压力传感器215

7.3.9 表面微机械压阻式压力传感器217

7.4 电容式压力传感器218

7.4.1 工作原理及类型218

7.4.2 电容式传感器主要性能220

7.4.3 硅电容压力传感器221

7.4.4 电容式传感器典型测量电路222

7.5 压电式力学量传感器225

7.5.1 压电效应225

7.5.2 石英晶体的压电效应226

7.5.3 压电陶瓷的压电效应229

7.5.4 压电元件的等效电路和结构形式230

7.5.5 压电传感器的测量电路231

7.5.6 压电传感器的结构与应用235

7.5.7 压电式力学量传感器的主要性能236

7.6 典型的声波质量传感器238

小结240

习题240

第8章 半导体光敏元件与传感器243

8.1 半导体的光吸收243

8.1.1 本征吸收243

8.1.2 直接跃迁和间接跃迁244

8.1.3 其他光吸收过程246

8.2 半导体的光电效应247

8.2.1 外光电效应248

8.2.2 内光电效应248

8.3 外光电效应器件249

8.3.1 光电管249

8.3.2 光电倍增管251

8.3.4 光电导效应器件——光敏电阻器252

8.4.1 光电导管的工作原理252

8.4.2 定态光电导及其弛豫过程253

8.4.3 光敏电阻的结构255

8.4.4 光敏电阻的种类255

8.4.5 光敏电阻的特性和参数255

8.5 光生伏特效应器件259

8.5.1 光电二极管259

8.5.2 高速PIN硅光电二极管263

8.5.3 雪崩型光电二极管264

8.5.4 硅光电晶体三极管264

8.5.5 光电池267

8.6 电荷耦合器件271

8.6.1 CCD的基本工作原理271

8.6.2 CCD图像传感器275

8.7 光电位置敏感器件277

8.8 光控晶闸管280

8.9 光电耦合器件281

小结284

习题284

第9章 半导体离子敏传感器与生物传感器287

9.1 离子敏感元件的基本知识287

9.2 ISFET288

9.2.1 ISFET的结构289

9.2.2 ISFET的工作原理290

9.2.3 ISFET的特性参数291

9.2.4 SFET的应用294

9.3 半导体生物传感器295

9.3.1 酶FET295

9.3.2 免疫FET298

9.3.3 基于MEMS的生物传感器299

小结300

习题301

附录A Pt100铂电阻分度表302

附录B K型热电偶分度号表305

参考文献309