傳感器技術及應用

機械082010～2011第二學期2011年3月5.6磁敏傳感器半導體磁敏傳感器：可將磁場強度參數(shù)轉(zhuǎn)變?yōu)殡妳?shù)的傳感器。種類：霍爾傳感器、磁敏電阻傳感器、磁敏二極管、磁敏晶體管等。特點：可實現(xiàn)非接觸檢驗，壽命長、可靠性高。從直流（0Hz）到高頻（數(shù)十GHz）其特性完全一樣。不僅能夠測量運動磁場強度,也能測量靜止的磁場。能夠使器件小型化和集成化。一、霍爾元件霍爾電壓形成的定性說明(a)磁場為0時，電子在半導體中的流動;(b)磁場不為0，電子在勞倫茲力作用下發(fā)生偏轉(zhuǎn);(c)電荷積累達到平衡時,電子在流動2.作用機理外磁場改變了導體載流子遷移的路徑，致使與外界電場同方向的電流分量減小，等價于電阻增大磁敏元件載流子遷移率幾何形狀物理磁阻效應幾何磁阻效應電阻率相對變化電阻相對變化（1）物理磁阻效應具有兩種載流子的材料通電后，電子和空穴電流密度分別為jn和jp，總電流密度j無外磁場H時，j=jn+jp有外磁場H時，jn與jp背向偏轉(zhuǎn)j<jn+jp相當于增大磁敏電阻材料當材料中僅存在一種載流子時，磁阻效應幾乎可以忽略，此時霍爾效應更為強烈。在電子和空穴都存在的材料（如InSb）中，則磁阻效應很強。一般使用N型InSb(銻化銦)和InSb―NiSb半導體材料做成磁阻器件。增大磁阻效應途徑：縮短電流路徑l，增大電極長度w，減薄磁阻材料d（a）用薄膜技術制作在基片上，典型厚度是20μm,（b）矩形磁阻元件，橫向?qū)挾葁比縱向長度l大40倍,（c）把W>l的扁平器件串聯(lián)起來——柵格磁阻器件?？票戎Z圓盤中心和邊緣為兩電極不存在橫向霍爾電場和電勢磁敏電阻變化更加明顯柵格磁阻器件在L>W長方形磁阻材料上面制作許多平行等間距的金屬條（即短路柵格），相當于許多扁條狀磁阻串聯(lián)。零磁場電阻約100Ω,柵格金屬條在100根以上。柵格磁阻器件既增加了零磁場電阻值、又提高了磁阻器件的靈敏度。LBILBIBI磁阻式傳感器應用——磁阻效應角度傳感器將相間90度布置的四個磁敏電阻接入電橋電路，傳感器每相對磁極轉(zhuǎn)動180度，輸出電壓變化一個周期。UZZ900信號調(diào)理芯片KMZ41型傳感器：

內(nèi)含8個MR形成兩組電橋兩組磁敏電阻相對磁場布置相差45度，磁阻變化相位差90度兩組電橋的輸出電壓相位相差90度KMZ41型傳感器：可以實現(xiàn)辨向功能轉(zhuǎn)速傳感器傳感器與調(diào)理電路安裝工作原理輸出方波——頻率信號三、磁敏二極管(SMD)工作原理在高阻半導體芯片（本征型I）兩端，分別制作P、N兩個電極P、N為重參雜區(qū)，I區(qū)長度較長I區(qū)一側(cè)光滑，一側(cè)打毛粗糙，粗糙表面易于使電子－空穴對復合而消失，成為r面（復合區(qū)）外加正向偏壓：P區(qū)接正，N區(qū)接負大量空穴從P區(qū)注入I區(qū)；大量電子從N區(qū)注入I區(qū)未加磁場，電子和空穴運行方向不偏轉(zhuǎn)磁敏二極管的伏安特性在給定磁場情況下，磁敏二極管兩端正向偏壓和通過它的電流的關系曲線。在一定條件下，磁敏二極管的輸出電壓的變化量U與外加磁場的關系磁敏二極管的磁電特性：磁敏二極管的磁電特性互補使用時，正、反向磁靈敏度曲線對稱，且在弱磁場下有較好的線性。磁敏二極管與其它磁敏器件相比，具有以下特點：(1)靈敏度高,磁敏二極管的靈敏度比霍爾元件高幾百甚至上千倍，而且線路簡單，成本低廉。(2)靈敏度與磁場關系呈線性的范圍比較窄，但是