主要內容：
9.1氣敏感測器
9.2溼敏感測器
9.3色敏感測器
半導體式感測器是典型的物理型感測器，它是利用某些材料的電特徵的變化實現被測量的直接轉換，如改變半導體內載流子的數目。凡是用半導體材料製作的感測器都屬於半導體感測器。其中包括：
光敏電阻、光敏二極體、光敏電晶體、霍爾元件、磁敏元件、壓阻元件、氣敏、溼敏等等。
9．1氣敏感測器
氣敏感測器是用來檢測氣體濃度和成份的感測器，由於氣體種類很多，性質各不相同，不可能用同一種氣體感測器測量所有氣體。氣敏感測器主要有以下應用：
工業天然氣、煤氣等易燃易爆的安全監測；
環境保護，有害、有毒氣體監測；
酒後駕車，乙醇濃度檢測等。
9．1．1 半導體氣敏感測器工作機理
氣敏感測器是利用氣體在半導體表面的氧化和還原反應，導致敏感元件阻值變化，如：
氧氣等具有負離子吸附傾向的氣體，被稱為氧化型氣體——電子接收性氣體；
氫、碳氧化合物、醇類等具有正離子吸附傾向的氣體，被稱為還原型氣體——電子供給性氣體。
當氧化型氣體吸附到n型半導體上，半導體的載流子減少，電阻率上公升；
當氧化型氣體吸附到p型半導體上，半導體的載流子增多，電阻率下降；
當還原型氣體吸附到n型半導體上，半導體的載流子增多，電阻率下降；
當還原型氣體吸附到p型半導體上，半導體的載流子減少，電阻率上公升；
圖9—1n型半導體與氣體接觸時的氧化還原反映
按半導體的物理特性，氣敏感測器可分為電阻型和非電阻型。
9．1．2電阻型半導體氣敏感測器
電阻型氣敏感測器是目前使用較廣泛的一種氣敏元件。
感測器由三部分組成：敏感元件、加熱器、外殼；
按製造工藝分為：燒結型、薄膜型、厚膜型。
氣敏電阻的材料是金屬氧化物，合成時加敏感材料和催化劑燒結，金屬氧化物有：
n型半導體，如：sno2fe2o3znotio
p型半導體，如：coo2pbomno2cro3
這些金屬氧化物在常溫下是絕緣的，製成半導體後顯示氣敏特性。
通常器件工作在空氣中，由於氧化的作用，空氣中的氧被半導體（n型半導體）材料的電子吸附負電荷，結果半導體材料的傳導電子減少，電阻增加，使器件處於高阻狀態；當氣敏元件與被測氣體接觸時，會與吸附的氧發生反應，將束縛的電子釋放出來，敏感膜表面電導增加，使元件電阻減小。
空氣中——氧化作用——氧被電子吸附——電子減少——高阻狀態；
氣體接觸——吸附——氧發生反應——電子釋放——電導增加——電阻減小。
導電機理用一句話描述：
利用半導體表面因吸附氣體引起半導體元件電阻值變化，根據這一特性，從阻值的變化測出氣體的種類和濃度。
氣敏元件的加熱作用：
電阻型氣敏元件通常工作在高溫狀態（2000c—4500c），目的是為了加速氣體吸附和上述的氧化還原反應，提高靈敏度和響應速度；另外使附著在殼面上的油霧、塵埃燒掉。在常溫下，電導率變化不大，達不到檢測目的，因此以上結構的氣敏元件都有電阻絲加熱器。加熱時間2—3分鐘，加熱電源一般為5v。
加熱方式分為內熱式和旁熱式。
圖9—2氣敏感測器測量電路
9．1．3非電阻型半導體氣敏器件
非電阻型氣敏感測器，是利用mos二極體的電容—電壓特性變化；mos場效電晶體的閾值電壓的變化；肖特**屬半導體二極體的勢壘變化進行氣體檢測。
mos二極體氣敏元件
在p型矽上整合一層二氧化矽（sio2）層。在氧化層蒸發一層鈀（pd）金屬膜作電極。
氧化層（sio2）電容ca固定不變。而矽片與sio2層電容cs是外加電層的功函式。總電容c也是偏壓的函式。曲線c—u特性中，mos二極體的等效電容c隨電壓u變化。
金屬鈀（pd）對氫氣（h2）特別敏感。當pd吸附以後，使pd的功函式下降，使mos管c—u特性向左平移（向負方向偏移），利用這一特性用於測定的濃度。
圖9—3mos二極體氣敏元件結構和等效電路
mosfet氣敏元件
鈀pd—mosfet管結構如圖9—4所示。pd對h2吸附性很強，h2吸附在pd柵上引起的pd功函式降低。
mosfet管當柵極（g）、源極（s）間加正向偏壓ugs，ugs>ut閥值時，柵極氧化層下的矽從p變為n型，n型區將s（源）和d（漏）連線起來，形成導電通道（n型溝道）。此時mosfet進入工作狀態，在s—d間加電壓uds，s—d間有電流ids流過，ids隨uds、ugs變化。當ugsut（閥值）電壓大小與金屬與半導體間的功函式有關。
pd—mosfet器件就是利用h2在鈀柵極吸附後改變功函式使ut下降，檢測h2濃度。
圖9—4鈀pd—mosfet管結構圖9—5肖特基二極體
肖特基二極體
金屬和半導體接觸的介面形成肖特基勢壘，構成金屬半導體二極體。管子加正偏壓，半導體金屬的電子流增加，加負偏壓，幾乎無電流。當金屬與半導體介面有氣體時，勢壘降低，電流變化（金屬與半導體介面吸附氣體，影響禁帶寬度eg）。
在正向偏壓條件下，氣體濃度增大，電流增大，輸出電壓增大。測試電流電壓值可知氣體濃度。非電阻型半導體氣敏感測器主要用於氫氣濃度測量。
9．2 溼敏感測器
濕度是指空氣中的水蒸氣含量，通常用絕對濕度和相對濕度表示：
絕對濕度，單位空間所含水蒸汽的絕對含量或濃度，用符號ah表示，單位（g/m3）。
相對濕度，被測氣體中蒸汽壓和該氣體在相同溫度下飽和水蒸氣壓的百分比，一般用%rh表示，無量綱。一般使用濕度，量程0～100%rh。
不同環境所需濕度不同，測量方法很多，但精度不高。目前世界上最高水平濕度測量精
度在±0.01%左右，理想測溼量程應是0～100%rh，量程越大實用價值越大。
9．2．1溼敏電阻
氯化鋰溼敏電阻
氯化鋰溼敏電阻即電解質溼敏電阻，利用物質吸收水分子而導電率變化檢測濕度。在氯化鋰（licl）溶液中，li和cl以正負離子的形式存在，鋰離子（li+）對水分子的吸收力強，離子水合成度高，溶液中的離子導能力與溶液濃度成正比，溶液濃度增加，導電率上公升。當溶液置於一定濕度場中，若環境rh上公升，溶液吸收水分子使濃度下降，電阻率ρ上公升，反之rh下降，溶液吸收水分子使濃度上公升，電阻率ρ下降。
通過測量溶液電阻值r實現對濕度測量。
圖9—5氯化鋰溼敏電阻
半導體陶瓷溼敏電阻
半導體溼敏電阻通常用兩種以上的金屬—氧化物—半導體燒結成多孔陶瓷，材料有正溫度係數和負溫度係數兩種。
o 負特性半導體瓷溼敏電阻（例：zno-li-v2o5），電阻歲溫度增加而下降。由於水分子中h2氫原子具有很強的正電場，當水分子在半導體瓷表面吸附時可能從半導體瓷表面俘獲電子，使半導體表面帶負電，相當表面電勢變負，（p型半導體電勢下降，n型半導體出現反型層）電阻率隨濕度增加而下降。
o 正特性半導體瓷溼敏電阻（例：fe3o4），材料結構、電子能量狀態與負特性不同，總的電阻值公升高沒有負特性阻值下降的明顯。
a.負特性b.正特性
圖9—6半導體瓷溼敏電阻
9.3 色敏感測器
半導體色敏感測器是一種半導體光敏器件，工作原理基於光電效應，可將光訊號轉換為電訊號的光輻射探測器。一般光電器件是檢測在一定波長範圍內的光強度或光子數目。而色敏器件可以直接測量從可見光到近遠紅外波段內單色輻射波長。
半導體色敏感測器相當於兩隻結構不同的光電二極體，實際不是電晶體而是兩個深淺不同的pn結，又稱光電雙結二極體。
淺結的光電二極體對紫外光靈敏度高，深結的光電二極體對紅外光靈敏度高；
波長短的光子衰減快，穿透深度淺，波長長的光子衰減較慢，能穿透矽片較深區域。
這一特徵為色敏器件提供了識別顏色的可能。
圖9—7色敏感測器結構示意圖
感測器知識
稱重感測器實際上是一種將質量訊號轉變為可測量的電訊號輸出的裝置。用感測器茵先要考慮感測器所處的實際工作環境，這點對正確選用稱重感測器至關重要，它關係到感測器能否正常工作以及它的安全和使用壽命，乃至整個衡器的可靠性和安全性。在稱重感測器主要技術指標的基本概念和評價方法上，新舊國標有質的差異 傳統概念上...
感測器簡介
科技名詞定義 中文名稱 感測器英文名稱 sensor measuring element transducer 定義1 能感受規定的被測量並按照一定的規律轉換成可用輸出訊號的器件或裝置。所屬學科 機械工程 一級學科 感測器 二級學科 感測器一般名詞 學科 定義2 接受物理或化學變數 輸入變數 形式的...
感測器複習
感測器原理與應用 習題訓練1 一填空1.通常感測器由 敏感元件 轉換元件 基本轉換電路 三部分組成，是能把外界 非電量 轉換成 電量 的器件和裝置。2.金屬絲在外力作用下發生機械形變時它的電阻值將發生變化，這種現象稱 應變 效應 半導體或固體受到作用力後電阻率要發生變化，這種現象稱 壓阻 效應。直線...