当前课程知识点：集成传感器 > 第四章 > 第4节 多种原理的集成湿度传感器-2 > 4-4 多种原理的集成湿度传感器-2
利用晶体管元件
我们也可以制作湿度传感器
下面我们就介绍一种
利用湿敏的有机半导体材料
制作的晶体管湿敏传感器
这个图就是它的一个结构示意图
在这个器件结构中
体材料晶体硅作为晶体管的栅极
晶体管的源漏由金材料组成
介质材料为二氧化硅
沟道材料由一种湿敏的
聚合物材料制作
这种半导体材料称之为并五苯
这种有机半导体材料稀释以后
它的空穴迁移率会发生变化
因而使得整个器件的转移特性
而发生变化
湿度越大器件的漏极饱和电流
会越大
下面这个图
就是在不同的湿度环境下
体现的漏极饱和电流的
一个变化曲线
两条曲线分别针对的是
不同的栅介质材料的厚度
得到了曲线
利用晶体管湿敏传感器
以及CMOS电路
有人还制作了将传感器
与信号处理电路
制作在同一个芯片上的
全集成湿度传感器
这是一个典型的例子
在这个例子中
湿敏传感器
由一个MOS场效应管来制作
湿敏材料用于制作MOS结构的
栅介质材料
这个图是湿敏晶体管的一个
纵向结构示意图
在这个湿敏晶体管中
栅介质由氮化碳 氮化硅
和二氧化硅三种材料所组成
在这些材料中氮化硅材料为
湿敏材料
在不同的湿度情况下
它的介电常数将会发生变化
在这个结构的栅电极
由多孔金来构成
这样的话
环境中的水分子
就可以透过栅电极金
而进入到湿敏的氮化碳材料中
从而改变整个介电材料的
介电特性
右边这个图呢
就是这个传感器它的一个输出
特性曲线
每一组曲线
对应的是不同的栅电压的
情况下的输出特性
我们可以看到当栅电压
一定的时候
对于不同的环境湿度
它的饱和漏极电流是发生变化的
这个图展示了这种器件的
漏极电流与环境湿度之间的关系
可以看到它的线性度
还是不错的
另外一类湿度传感器
我们称之为结露传感器
这类传感器主要用于检测
结露状态
它经常作为一个开关器件来使用
来检测环境是否达到了
一个结露的状态
这类传感器在电器设备的
安全监视方面
有非常重要的应用
这个图就是结露传感器的
一个典型的结构示意图
它主要有一个电阻式的感湿膜
组成
这种感湿膜中搀入了导电的微粒
从而提高了它的导电特性
能够形成一个电阻元件
这是结露传感器的输出特性曲线
我们可以看到
这种传感器在湿度比较低的
情况下
电阻的变化非常的小
几乎没有湿度敏感性
当湿度非常高的时候
比如说大于94%
器件的阻值骤然增加
两到三个数量级
显示出非常良好的开关特性
当这种器件的感湿膜
非常薄的时候
器件的响应湿度也会非常地快
这个图呢
描述了这类器件的响应时间
与温度的关系
温度越高器件的响应速度会越快
也就是响应时间会越短
由于环境的相对湿度
与其温度是息息相关的
同时吸湿材料对水分子的
吸附作用
也与温度有密切的关系
所以说对温度的补偿
或者检测
对于湿度传感器来讲
是非常重要的
尤其对于高精度的湿度检测
因此
在很多湿度传感器中
我们都可以看到
有温度的敏感器件
或者说有温度的补偿器件
比如 像这样一个结构中
在传感器的陶瓷极片下面
就有一个薄电阻作为温度传感器
而对于这样一个集成的
湿度传感器
它两边也装有温度传感器
下面我们来介绍一个
数字式集成湿度传感器产品
的一个范例
这张图就是这个传感器的
一个照片
在这个传感器中
它包含了一个电容式的
湿度传感器
以及一个温度传感器
以及AD数模转换模块
将模拟信号转换成一个数字信号
另外还有一个数字传输的接口
可以直接将数字信号
传输给微控制器
这个图呢
就是这个传感器的一个模块
功能示意图
这个传感器可以同时检测出
相对湿度 温度
以及露点温度
可以进行全自动的校准
完全数字输出
无需外接器件
同时整个传感器的功耗也比较低
这两个图描述了这个器件中
湿度传感器的绝对精度
以及露点传感器的检测精度
我们可以看到
对于湿度传感器
它的精度在中等湿度情况下
可以达到2%精度
而对于露点检测
它在中等湿度情况下
可以达到正负1度的精度
这一节呢
我们主要介绍了湿度传感器的
一个主要的工作原理
以及它的一些常用的材料
以及结构
未来的湿度传感器
将向着更高的精度
更高的集成度
以及更高的寿命方向发展
随着集成度的提高
其智能化将进一步加强
这一集的介绍就到这里
谢谢大家
-第1节 什么是传感器
-第2节 什么是集成传感器
-第3节 集成传感器的应用
-第4节 硅材料与半导体物理简介
-第5节 半导体器件简介
-第1节 集成力传感器
-第2节 集成压阻压力传感器
-第3节 电容式力传感器
-第二章--习题
-第1节 温度传感器简介
-第2节 硅热敏电阻
-第3节 PN结温度传感器
-第4节 双极型晶体管温度传感器
-第5节 热电传感器
-第三章--习题
-第1节 湿度传感器简介
-第2节 湿度的定义与检测方法
-第3节 多种原理的集成湿度传感器-1
-第4节 多种原理的集成湿度传感器-2
-第四章--习题
-第1节 磁传感器简介
-第2节 霍尔效应
--5-2 霍尔效应
-第3节 霍尔传感器的设计
-第4节 霍尔传感器的示例
-第五章（上）--习题
-第5节 磁电阻传感器
-第6节 磁敏二极管
-第7节 磁敏三极管
-第五章（下）--习题
-第1节 光波与光传感器简介
-第2节 光电导效应与光敏电阻
-第3节 光敏二极管和三极管-1
-第六章（上）--习题
-第4节 光敏二极管和三极管-2
-第5节 光电池
--6-5 光电池
-第6节 图像传感器
-第六章（下）--习题
-第1节 气体传感器概述
--Video
-第2节 气体传感器分类及性能指标
--Video
-第3节 接触（催化）燃烧式气体传感器
--Video
-第4节 电阻式金属氧化物半导体传感器
--Video
-第5节 电化学式气体传感器
--Video
-第6节 MOSFET型气体传感器
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-第7节 集成气体传感器实例和未来
--Video
--Video
-第七章（下）--习题
-讨论一
-讨论二
-讨论三
-第一部分 引言与智能传感器
--Video
-第二部分 无线传感网络、总结与展望
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-第八章--习题
-讨论一
-讨论二
-讨论三
