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第1章 绪论1

1.1传感器的定义和组成1

1.1.1传感器的定义1

1.1.2传感器的组成2

1.2传感器的分类2

1.2.1按传感器检测的量分类3

1.2.2按传感器输出的信号性质分类3

1.2.3按传感器的结构分类3

1.2.4按传感器的功能分类4

1.2.5按传感器的能源分类4

1.2.6按传感器的转换原理分类4

1.3传感器的特性与主要性能指标4

1.3.1传感器静态特性与主要性能指标5

1.3.2传感器动态特性16

1.4传感器的发展趋势18

1.4.1开发新型传感器18

1.4.2开发新材料19

1.4.3微型传感器加工工艺的发展21

1.4.4传感器多功能集成化发展22

1.4.5传感器的智能化和网络化发展22

参考文献24

第2章 磁传感器概述25

2.1磁场概述25

2.1.1磁场的定义25

2.1.2磁场的分类26

2.2磁传感器的定义和分类26

2.2.1磁传感器的定义26

2.2.2磁传感器的分类27

2.3磁传感器的发展动向及展望29

参考文献32

第3章 霍尔元件33

3.1霍尔效应33

3.2霍尔元件及其效率35

3.3霍尔元件的设计38

3.3.1几何尺寸对霍尔输出电压的影响39

3.3.2霍尔输出电极宽度对霍尔输出电压的影响41

3.3.3霍尔元件的不等位电势及其影响因素42

3.4霍尔元件的电磁特性43

3.4.1 VH-B关系43

3.4.2 VH-I关系44

3.4.3 R-B关系45

3.5霍尔元件的温度特性45

3.5.1一般分析45

3.5.2温度补偿48

3.5.3最大允许控制电流50

3.6霍尔元件的频率特性51

3.7霍尔元件参数的测试方法52

3.7.1常用参数52

3.7.2测试方法53

3.8霍尔元件的应用55

3.8.1磁钢56

3.8.2无刷直流电机57

参考文献60

第4章 磁敏电阻61

4.1半导体磁阻效应61

4.1.1物理磁阻效应61

4.1.2几何磁阻效应62

4.1.3磁阻比特性64

4.2半导体磁敏电阻65

4.2.1磁敏电阻的材料65

4.2.2圆板型磁敏电阻66

4.2.3栅格状磁敏电阻67

4.2.4 InSb-NiSb共晶磁敏电阻69

4.3半导体磁敏电阻特性及其补偿71

4.3.1磁敏电阻的特性参数71

4.3.2磁阻比特性72

4.3.3温度特性73

4.4强磁性金属磁敏电阻的工作原理与特性74

4.4.1强磁性金属的磁阻效应74

4.4.2强磁性金属磁敏电阻的工作原理75

4.4.3磁场强度-输出电压特性77

4.5强磁性金属磁敏电阻及其特性78

4.5.1元件的构成78

4.5.2强磁性金属磁敏电阻的工作特性79

4.6巨磁电阻的工作原理及其应用82

4.6.1巨磁阻效应82

4.6.2巨磁电阻的工作原理82

4.6.3 Co/Cu/Co多层膜巨磁电阻85

4.6.4巨磁电阻的应用86

参考文献87

第5章 磁敏二极管89

5.1磁敏二极管工作原理89

5.2磁敏二极管的设计原则94

5.2.1材料选择94

5.2.2尺寸选择94

5.3磁敏二极管的制备工艺96

5.3.1锗磁敏二极管的制备工艺96

5.3.2硅磁敏二极管制备工艺97

5.4磁敏二极管特性与测试方法98

5.4.1磁灵敏度及其测试方法98

5.4.2输出电压随磁场变化的特性101

5.4.3温度特性101

5.4.4频率特性103

5.4.5噪声103

5.5温度补偿方法103

参考文献108

第6章 磁敏三极管109

6.1磁敏三极管的工作原理109

6.2磁敏三极管的设计原则113

6.3磁敏三极管的制备工艺115

6.3.1锗磁敏三极管的制备工艺115

6.3.2硅磁敏三极管3CCM的制备工艺116

6.3.3采用MEMS技术制造硅磁敏三极管116

6.4磁敏三极管的特性与测试方法122

6.4.1磁灵敏度122

6.4.2温度特性123

6.4.3频率特性126

6.5磁敏三极管的温度补偿方法127

6.5.1差分补偿方法127

6.5.2用三极管做温度补偿的方法128

参考文献129

第7章 其他磁传感器130

7.1韦根德元件130

7.1.1韦根德效应和韦根德元件130

7.1.2韦根德元件应用举例131

7.2约瑟夫逊超导量子干涉元件133

7.2.1正常电子的隧道效应134

7.2.2约瑟夫逊效应134

参考文献139

第8章 压电效应与压阻效应140

8.1压电效应140

8.1.1应力的概念140

8.1.2应变的概念140

8.1.3正应力与正应变的概念140

8.1.4切应力与切应变的概念142

8.1.5应力张量和应变张量的概念142

8.1.6应变分量与位移分量之间的关系143

8.1.7石英晶体的介电性质145

8.1.8石英晶体的压电效应148

8.2压阻效应153

8.2.1压阻系数154

8.2.2液体静压强作用下的效应156

8.2.3单轴拉伸或压缩下的压阻效应159

8.2.4压阻效应的应用161

8.2.5影响压阻系数大小的因素163

参考文献164

第9章 弹性元件的力学分析165

9.1梁式弹性元件分析165

9.1.1梁式弹性元件正应力165

9.1.2弯矩和剪力167

9.2对称载荷下的圆板弯曲167

9.3圆板应力和位移的确定172

9.4矩形板的弯曲175

9.5硅弹性膜片形状的选择176

参考文献177

第10章 压电式传感器178

10.1压电式加速度传感器178

10.1.1工作原理178

10.1.2灵敏度178

10.1.3频响特性180

10.1.4结构特点185

10.1.5应用186

10.2压电式力传感器和压力传感器187

10.2.1压电式力传感器187

10.2.2压电式压力传感器188

10.3压电式传感器的误差191

10.3.1环境温度的影响191

10.3.2环境湿度的影响194

10.3.3横向灵敏度194

10.3.4电缆噪声195

10.3.5接地回路噪声196

参考文献196

第11章 压阻式传感器197

11.1压阻式压力传感器197

11.1.1压阻系数197

11.1.2压阻式压力传感器原理201

11.2压阻式加速度传感器207

11.3压阻式传感器的输出208

11.3.1恒压源供电208

11.3.2恒流源供电209

11.4扩散电阻的阻值与几何尺寸的确定210

11.5温度漂移的补偿212

11.5.1传感器零位温漂的补偿212

11.5.2传感器灵敏度温漂的补偿213

11.5.3最佳灵敏度温度补偿原理分析214

11.5.4非对称基区梳状晶体管的结构设计217

参考文献220

第12章 电容式传感器222

12.1工作原理及结构类型222

12.2主要特性223

12.2.1特性曲线、灵敏度、非线性223

12.2.2等效电路227

12.2.3高阻抗、小功率特性228

12.2.4静电引力229

12.3电容式压力传感器性能指标简介230

12.4电容式加速度传感器性能指标简介232

12.5温度误差分析233

12.5.1温度变化对结构尺寸的影响233

12.5.2温度变化对介质介电常数的影响234

12.6绝缘和屏蔽问题236

12.6.1绝缘问题236

12.6.2屏蔽问题236

参考文献238

第13章 硅各向异性腐蚀技术239

13.1硅各向异性腐蚀技术简介239

13.2硅各向异性腐蚀技术工艺规范240

13.3 EPW各向异性腐蚀工艺244

13.3.1 EPW腐蚀液244

13.3.2最佳浓度的确定246

13.3.3实验与工艺流程248

13.4 KOH各向异性腐蚀工艺249

13.4.1腐蚀设备249

13.4.2氢氧化钾溶液的实验结果250

13.5 TMAH单晶硅各向异性腐蚀技术253

13.5.1应用说明253

13.5.2 TMAH的性质253

13.5.3实验装置254

13.5.4实验结果分析254

13.5.5结论255

13.6硅各向异性腐蚀实验结果的理论解释255

参考文献259

第14章 传感器集成化261

14.1传感器的集成化简介261

14.2纳米硅／单晶硅异质结MOSFETs压／磁多功能传感器基本结构261

14.3纳米硅／单晶硅异质结MOSFETs压／磁多功能传感器制作工艺262

14.4纳米硅／单晶硅异质结p-MOSFET特性266

14.4.1纳米硅／单晶硅异质结p-MOSFET基本结构266

14.4.2纳米硅／单晶硅异质结p-MOSFET I-V特性267

14.5纳米硅／单晶硅异质结MOSFETs压／磁多功能传感器压敏特性研究267

14.6纳米硅／单晶硅异质结MOSFETs压／磁多功能传感器磁敏特性269

14.7纳米硅／单晶硅异质结MOSFETs压／磁多功能传感器压／磁特性271

参考文献272

第15章 传感器CAD273

15.1磁传感器ATLAS模拟仿真273

15.1.1 ATLAS273

15.1.2硅磁敏二极管磁特性仿真275

15.1.3硅磁敏三极管ATLAS模拟仿真277

15.2 IntelliSuite281

15.2.1 3D Builder282

15.2.2硅各向异性腐蚀模拟283

15.2.3 MEMS工艺模拟285

15.3压力传感器仿真286

15.3.1 ANSYS286

15.3.2 ANSYS仿真过程287

15.3.3压力传感器仿真实例288

参考文献293

附录Ⅰ压阻系数294

附录Ⅱ 应力与应变的关系——弹性定律300

附录Ⅲ国外压力传感器和加速度传感器主要性能指标307

附录Ⅳ国际单位制主要单位及换算表309