《信息传感材料材物》PPT课件.pptx

传感器分类（按输入性质分）力学量传感器：如压力、力、加速度、角速度、流量、位移等；热学量传感器：如温度；光学量传感器：如光导、光敏、红外、辐射计、光度计、色度、光电开关、图像传感器等；磁学量传感器：如磁强计、转速计等化学量传感器：如湿度、气体、离子敏生物量传感器：如葡萄糖、酶u传感器的重要性表现在：有了传感器，输入信息才可以被检测，从而可以通过输出信号对过程进行准确、高效地控制 半导体材料半导体材料是信息传感材料中最重要的一类材料传感原理和材料类别：原理：基于材料的多种物理性质类别：力学量传感器：Si基材料、纳米Si材料、 SiC材料和金刚石薄膜材料。研究重点：发现高压阻特性材料，以及能作为高温压力传感器材料。热学量传感器：金属氧化物功能陶瓷，半导体单晶Si和单晶Ge磁学量传感器：金属、半导体InSb、GaAs、InAs材料，单晶Si和多晶InSb材料。 辐射量传感器：III-V族和II-VI族化合物半导体及多元化合物，也有Si、Ge材料化学量和生物量传感器：在Si材料或器件上沉积其他可以探测化学性质的材料p半导体信息传感器传感材料有体单晶、外延材料、多晶薄膜等几种 Si材料单晶Si材料测量压力的微机械压力传感器测量加速度的微机械加速度传感器测量热学量的传感器测量磁学量的传感器测量辐射量的传感器Si的微机械技术：1.体微机械技术2.表面微机械技术3. Si基金属微机械技术 多晶Si材料多晶Si用作压力传感器，是在SiO/Si衬底上沉积低应力掺杂多晶p+-Si，经正面光刻和背面各向异性腐蚀制成压力传感器多晶Si梳状结构加速度传感器是近年的新产品多晶Si薄膜微桥流量传感器，是将悬空的多晶Si薄膜微桥作为加热元件，离衬底有一定间隙，起到减少热损失的作用，因此功耗低（10m W量级）、相应快（1m s）多晶Si电阻辐射计工作于8um-14um红外波段纳米Si薄膜曾用PECVD方法制备 Si基材料将沉积在SiO2/Si衬底上的SnO薄膜光刻成电阻条，在一定高温下，暴露在H2、CO、CH4等气氛中，其阻值会随之发生变化，由此就可以构成可测这些气体的气敏传感器 III-V族和II-VI族化合物半导体材料可利用GaAs二极管正向起始电压Vf与温度良好的线性特性制作温度传感器单晶GaAs还可作为测磁场器件薄膜InSb可作为测角度器件 PbS、CdS、CdSe、ZnS可做光敏电阻 SiC薄膜是一种高工作温度传感器，可用作压力传感器，热敏电阻和气敏器件金刚石具有高禁带宽度、高电击穿强度、高热导率、高杨氏模量以及高化学稳定性，因此适于高温和恶劣环境作业。金刚石薄膜生长必须先经过核化处理金刚石薄膜研究的主要工作：研究MPCVD金刚石薄膜用作高温压力传感器的压阻特性研究在Si腔体中选择沉积金刚石薄膜研究金刚石薄膜热敏电阻的温敏特性 研究在H2气氛下Pd/I-diamond/p*-diamondMIS势垒二极管的C-V和C-V-F（频率）特性。 陶瓷传感器材料 陶瓷传感器材料特性和制备传感器陶瓷是一类具有敏感特性的单相或复合相多晶烧结的无机 非金属材料陶瓷所具备的晶界特征、多孔特征和组成偏折特征都是其特有的品质。陶瓷温敏材料：PTC陶瓷NTC陶瓷CTR陶瓷 陶瓷湿敏材料：MgCr2O4-TiO2系湿敏陶瓷ZnO-Cr2O3-LiZnVO4系湿敏陶瓷其他 湿敏陶瓷陶瓷气敏材料SnO2气敏材料ZnO气敏材料Fe2O3气敏材料ZrO2气敏材料 高分子传感材料p高分子热敏、力敏、电磁敏材料-液晶基本原理：热敏原理力敏原理电磁敏原理传感器应用人体液晶温度传感器电路液晶温度传感器微波电场液晶传感器集成电路故障液晶传感器 p高分子湿敏材料p高分子气敏材料p生物活性材料l生物酶基本原理：以酶催化反应为基础制备工艺：酶的固定、微电子平面工艺和微机械加工技术其他传感器：酶热敏传感器、酶光纤传感器传感器应用：临床分析、工业在线检测、环境检测l动植物组织基本原理：组织传感器是以动植物组织薄片作为生物敏感膜，然后与适当的换能器结合而成的。 传感器应用：临床分析动植物组织传感器与生物酶传感器比较：组织中酶的活性比分离提纯酶的活性和稳定性高，因此传感器的灵敏度高、寿命长动植物组织容易获得，组织传感器制备简单、成本低、易推广组织中含有多种生物酶，可进行多种物质的测定由于组织切片厚度一般为0.3mm-0.5mm，因而响应时间较长 微生物基本原理：固定化微生物与适当的换能器相结合就构成了微生物传感器响应机理：微生物同化底物时，氧的消耗量增加，产生各种电活性物质微生物在光照作用下与待测底物作用产生电活性物质或释放氧气，通过适当的换能器检测。结构和特性微生物的菌株比分离提纯的酶成本低得多，便于推广微生物细胞内的酶在适当的环境下活性不易降低，传播寿命更长 即使微生物体内的酶的的催化活性已经丧失，也可以因细胞的增殖而使之再生对于需要辅助因子的复杂连续反应，用微生物更易于完成缺点是培养需要条件，时间长，制备不易应用：用于发酵过程中葡萄糖、总糖、甲烷、谷氨酸、头孢菌素等的检测和环境水样BOD的检测， 抗原和抗体基本原理：免疫传感器是利用抗体对相应抗原的识别功能和结合功能，将抗体或抗原和适当的换能器结合而成的检测器件。主要应用：测定甲胎蛋白（AFP）测定绒毛促性激素（HCG）测定胰岛素测定白喉抗毒素 测定乙型肝炎 基因基本原理：将一条已知序列或来源的单链核酸（ssDNA，常被称为探针）固定在电极、波导或压电晶体表面制成传感器杂交信号检测实现方式：将目的片段加以标记在杂交反应完成后加入一种被称为杂交指示剂的有机分子。结构材料和性质：将核酸探针以共价、亲和或吸附方式固定在电极表面、光纤表面、共振镜面或压电晶体的表面等制成 探针可采用人工合成的寡核苷酸片段目的片段的标记主要是用荧光染料。 光纤材料用于电场、磁场测量双绞型低双折射光纤传感器外腔F-P光纤式晶体材料传感器材料用于压力、弯曲、旋转测量几何变形类传感器材料斯纳格效应类传感器材料光栅型传感器材料用于温度测量用于生物化学有害气、液测量