Помощничек
Главная | Обратная связь


Археология
Архитектура
Астрономия
Аудит
Биология
Ботаника
Бухгалтерский учёт
Войное дело
Генетика
География
Геология
Дизайн
Искусство
История
Кино
Кулинария
Культура
Литература
Математика
Медицина
Металлургия
Мифология
Музыка
Психология
Религия
Спорт
Строительство
Техника
Транспорт
Туризм
Усадьба
Физика
Фотография
Химия
Экология
Электричество
Электроника
Энергетика

Твёрдотельных сенсоров



Технологии изготовления датчиков чаще всего определяются известными способами получения полупроводниковых материалов. В их основе лежат известные химические или физические процессы кристаллизации, эпитексии, вакуумного нанесения пленок или химического осаждения. Можно выделить три основных вида технологических процессов производства сенсоров исходя из физического состояния материала:

- объемная технология (в основном сенсоры на основе Si);

- толстопленочная технология d = 5(3) ÷ 200 мкм

(пасты – трафаретная печать) ;

- тонкопленочная технология d > 5(3) мкм.

Рассмотрим их основные достоинства и недостатки общетехнологического плана

Свойство Объемная технология Толстопленочная технология Тонкопленочная технология
Воспроизводимость   Стабильность   Температурный диапазон использования     Возможность миниатюризации   Возможность встраивания     Рентабельный объем шт/год   Затраты на 1 датчик при массовом производстве   Гибкость технологий низкая – средняя   высокая   до 4500 (Si)   очень хорошая     мс на кристалле   > 105     низкие   низкая средняя – низкая   высокая   до 400 0С   средняя     на одной подложке (гибридная техника)     102 … 104 низкие   низкая высокая   высокая   может быть очень большим (- 500С ÷ +6000С)   хорошая     на одной подложке (гибридная техника)     103 … 105     очень низкие   высокая

Как видно тонкопленочные технологии имеют ряд преимуществ. Особенно заметны эти преимущества при изготовлении оптических датчиков и химических сенсоров. Важным преимуществом оптических датчиков является бесконтактный принцип их работы. На их основе могут быть созданы большинство используемых в практике сенсорных устройств:

1) приборы положения деформации, вибрации и угла поворота;

2) аппаратура изображения в видимой и ИК – области спектра, для медицины и различных областей техники;

3) приборы контроля состояния поверхности, толщины покрытия;

4) пирометры (термометры);

5) авиационная и космическая аппаратура слежения, обнаружения, управления;

6) солнечные батареи (экологически чистые источники энергии);

7) газоанализаторы различных газов и паров;

8) приборы безопасности, прогнозирования ЧС и обнаружения пожаров.

В последние годы очень интенсивно развивается еще одно направление сенсорной техники – так называемые химические сенсоры – это простые в изготовлении, очень дешевые, но чрезвычайно чувствительные датчики всевозможных газов и паров, а также компонентов водных и биологических сред.

Поэтому в последующем изложении сосредоточим внимание на материалах и технологиях изготовления оптических датчиков, а также химических сенсоров, тем более мы в решении этих проблем имеем значительный практический опыт.

 

Оптические датчики. Общая характеристика.

Оптические датчики позволяют преобразовать в электрические сигналы информацию, доставляемую видимым светом или излучением соседних длин волн – ИК и УФ.

Свет одновременно имеет волновую и корпускулярную природу. В волновом аспекте он представляет собой электромагнитные колебания, возникающие при электронных переходах в атомах источника с одного энергетического уровня на другой. В вакууме свет имеет скорость ≈ 3∙108 м/с, в веществе u = с/n, где n – показатель преломления среды. Частота ν и длина волны λ связаны соотношением λ = u/ ν.

В корпускулярном аспекте свет рассматривается, когда речь идет о взаимодействии его с веществом. Свет, как и все другие электромагнитные излучения представляется состоящим из частиц – фотонов, каждый из которых несет элементарную энергию, зависящую только от ν.

E = hν, где h – постоянная Планка (6,63·10-34 Дж·с).

Поглощение 1 фотона вызывает освобождение 1 электрона. Максимальная длина волны, способная вызвать освобождение электрона в веществе называется пороговой длиной волны

λS = hс/Wе = 1,237/We,

где We – энергия связи электрона.

Освобождение носителей под действием светового излучения называется фотоэлектрическим эффектом: на этом эффекте, приводящем к изменению электрических свойств материала основано действие оптических датчиков.

Тип освобожденных носителей заряда зависит от природы освещаемого материала:

1) электронно-дырочные пары в изоляторах и чистых полупроводниках;

2) - в примесных полупроводниках с донорными уровнями;

3) дырки в примесных полупроводниках с акцепторными уравнениями.

Не каждый фотон генерирует носители. Среднее число носителей, освобожденных одним поглощенным фотоном называют квантовым выходом: .

Фотоэлектрический эффект может быть внешним, когда электроны выбиваются из материала вещества и внутренним (фотопроводимость, фотогальванический эффект, фотоэлектромагнитный эффект).

 

 




Поиск по сайту:

©2015-2020 studopedya.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.