非晶硅图像传感器： 非晶硅图像传感器： 在 240×50×1.2mm3 的玻璃板上制作了456 个 a-Si :H 的光传感器阵列， 并装载有供驱动用的28个 大规模集成电路的片子， 其速度为0.8ms / 线

　　金属氧化物材料是人类掌握的历史最久的材料 之一。广泛应用于温敏、压（电压）敏、气敏 和湿敏等敏感元件之中。 大多数金属氧化物禁带宽度较大，常温下都是 绝缘体。要使之成为半导体，主要有两个途径： 化学剂量比偏移和掺杂。

　　用SiH4作为反应气体，用 旋转泵进行排气，使气压 维持在0.1～1torr，当加上 高频电压(13.56MHz)就产生 辉光放电，SiH4分解后含 氢的非晶硅膜就淀积在基 底上。可将真空室分成二 个，一个淀积p型，通入硼 乙烷B2H6，一个淀积n型, 通入磷烷PH3 。

　　光电器件、太阳能电池、 光电器件、太阳能电池、发光器件及半导体 激光器。 激光器。

　　本章旨在全面概述传感器的定义、类型、 材料、应用及发展方向。重点论述半导体 敏感器件的同时，也适当提及其它各类敏 感器件。

　　5.1 传感器及其分类 5.2 敏感器件所用材料 5.3 敏感器件的研究方向

　　提高现有传感器性能。实现高精度、高可靠； 进一步开发新材料，特别是复合型功能材料； 实现传感器的集成化、多功能化、智能化。

　　——敏感器件本身的集成化和敏感器件与后续电路的 集成化两方面。 在同一基片上制造多个同一功能的敏感器件，将原来 对一点的测量变成对一个面或对空间多点的测量。 在同一基片上制造多个不同功能的敏感器件，亦即多 功能传感器。如温度-湿度，湿度-气体多功能传感器。 在同一基片上制造敏感器件及温度补偿电路、放大电 路、输出电路。 在同一基片上制造敏感器件和微处理机电路，亦即智 能化传感器，不仅具有信号的敏感、监测功能，而且 具有信号的处理功能，能部分代替人脑的功能。

　　本节重点讨论半导体单晶、非晶，半导体陶瓷及 光纤等材料在敏感器件中的应用。

　　半导体的电导率介于导体和绝缘体之间，为 10-4～109( ·㎝)-1，其导电性与外界因素密切相关。 较大的负阻温系数、塞贝克系数 阻或热电偶等固体温度传感器 较高的霍尔电压 较大的压阻灵敏度 霍尔敏感器件 压（力）敏器件 热敏电

　　（低）价金属离子，形成正（负）电中心， 产生施（受）主能级，形成n（p）型半导 体，通过控制掺入杂质的含量就可以控制 施（受）主的浓度，达到控制导电性能的 目的。 所形成的氧化物半导体的性能还与材 料的晶体结构，离子半径，晶粒间界处的 大量位错、热缺陷与杂质缺陷有关。

　　半导体敏感材料种类很多，可按结晶状态、 半导体敏感材料种类很多，可按结晶状态、 组元情况、敏感特性分别归类： 组元情况、敏感特性分别归类：

　　非晶硅作为光敏材料有广泛应用，近期还发展了 在光传感器、图像传感器等方面的应用。 非晶态物质也称无定形物质，其原子排列没有规 律，虽短程有序、但长程无序。如玻璃。 可在非晶硅中掺入5～30%的氢，使其具有很强的 半导体性质，并控制其导电类型和电阻率。 氢化非晶硅 (a-Si :H) 采用硅烷分解法。硅烷分解 一般采用辉光放电法。

　　作为光敏材料，非晶硅和单晶硅相比， 作为光敏材料，非晶硅和单晶硅相比，具 有下列特点： 有下列特点：

　　优点: (1) 吸收系数大。 (2) 薄膜生长时衬底温度低，只有200～300℃ (3) 对光波长的灵敏度接近人眼对光的灵敏度，更适于 制造光传感器。 (4) 机械强度好、非晶硅薄膜粘附强，不易脱落。 (5) 制造工艺简单，便于大面积化、造价低。 缺点: 非晶硅载流子迁移率和扩散长度较小。 应用: 主要用作光传感器、太阳电池、复印感光体及摄像器 件等。利用非晶硅的热电效应可以做成热电传感器，如温度 传感器、功率传感器等。还可做非晶硅图像传感器。

　　可以在强的电磁干扰下进行电压、电流、温度、压力 参数的测量； 耐高压，耐腐蚀、无电火花，可在易燃易爆和强腐蚀 等恶劣环境下安全工作； 采用相位相干技术，可提高灵敏度，其几何形状具有 多方面的适应性，和被测对象不发生接触、重量轻、 体积小、可挠性好，能适应一般传感器所不能适应的 环境，提高了传感器的扩展、补充和提高。 光纤传感器分： 传感型 传光型 光纤本身就作为传感器 光纤仅作为光的通路

　　有金属材料，生物功能材料，半导体材料， 陶瓷材料，光纤、高分子材料，超导材料，磁性 材料，复合材料等。

　　基本概念: 1. 敏感元(器)件: 能将测量对象的非电量信号变换成电信号的 元、器件。 2. 传感器: 不仅具有信号变换而且具有信号处理功能的 装置。

　　√按工作原理分：结构型传感器、物性型传感器。 √按功能分：压力敏、热敏、磁敏、电压敏、光敏、色敏、离

　　√按检测对象分：物理传感器、 化学传感器、生物传感器。 √按使用的材料分：半导体传感器（包括陶瓷传感器）、

　　《传感器原理及应用》 王化祥 天津大学出版社 《半导体传感器原理及其应用》 牛德芳 大连理工大学出版社 《传感器及其应用实例》 何希才 机械工业出版社

　　温敏、力敏、磁敏、离子敏、湿敏、 温敏、力敏、磁敏、离子敏、湿敏、气敏等器 件，包括半导体陶瓷材料及Ge，Si, GaAs， 包括半导体陶瓷材料及 ， ， InP等各种半导体材料构成的敏感器件 等各种半导体材料构成的敏感器件

　　金属氧化物半导体通常由高温烧结而成。通 过改变烧结气氛，如在氧气烧结时，增加氧的浓 度或氧气分压就可造成氧过剩。如在氮气或氢气 中烧结，使氧气分压低于某一临界值，就可造成 氧不足。其结果都会使氧化物偏离严格的化学剂

　　金属氧化物分子式 MO * 氧过剩——MO1x——氧晶格位置不足—— 金属离子空格点——受主能级——价带电子 跃迁——价带中产生空穴 （p型）. * 氧不足——MO1-x——氧晶格位置过剩—— 氧离子空格点——施主能级——电子电离热 激发到导带（n型）.

　　光纤就是光导玻璃纤维，即用来传光的透明玻璃细丝， 由石英玻璃或多组分玻璃熔融、拉制而成。 通常由玻璃芯料和玻璃涂层组成，直径在几个µm到几 十µm。 容易弯曲，具有惊人的抗拉强度。 多模光纤（可同时传播许多光波）vs. 单模光纤（只 传播一个光波） 光纤是光通讯的重要组成部分，犹如电线之于传电。 光纤传感技术 功能性光纤