原文地址：半導(dǎo)體式傳感器技術(shù)

    隨著材料科學(xué)和固體物理效應(yīng)的不斷發(fā)現(xiàn)，新型的半導(dǎo)體敏感元件不斷出現(xiàn)。目前已有熱敏、光敏、力敏、磁敏、氣敏、濕敏等多種類型。利用半導(dǎo)體材料的各種物理效應(yīng)，可以把力、熱、光、磁、氣、濕度、射線、離子等一些物理量、化學(xué)量和生物量的變化轉(zhuǎn)換為便于處理的電信號(hào)，從而制成各種半導(dǎo)體傳感器，在工業(yè)控制領(lǐng)域和人們的日常生活中得到越來越廣泛的應(yīng)用。
     以半導(dǎo)體敏感元件為核心的半導(dǎo)體傳感器，具有靈敏度高、響應(yīng)速度快、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、質(zhì)量輕、成本低、便于集成化和智能化的優(yōu)點(diǎn)，但是由于特性的散性、溫度不穩(wěn)定性和易受干擾的缺點(diǎn)，在某些情況下又限制了半導(dǎo)體傳感器的應(yīng)用。
    下面將介紹半導(dǎo)體氣敏傳感器、濕敏傳感器、磁敏傳感器和離子敏傳感器。

半導(dǎo)體氣敏傳感器 
    氣敏傳感器是一種將檢測(cè)到的氣體成分和濃度轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的傳感器，根據(jù)這些電信號(hào)的強(qiáng)弱就可以獲得與待測(cè)氣體在環(huán)境中存在情況有關(guān)的信息，從而可以進(jìn)行檢測(cè)、監(jiān)控、報(bào)警，還可以通過接口電路與計(jì)算機(jī)或單片機(jī)組成自動(dòng)檢測(cè)、控制和報(bào)警系統(tǒng)。
    由于氣敏傳感器是暴露在檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)使用，工作條件比較惡劣，溫度、濕度的變化很大，又存在大量粉塵和油霧等，氣體對(duì)傳感元件的材料會(huì)產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)物，附著在元件表面，往往會(huì)使其性能變差，因此要求氣敏傳感器的性能必須滿足下列條件：
    （1）  能夠檢測(cè)易爆炸氣體的允許濃度、有害氣體的允許濃度和其他基準(zhǔn)設(shè)定濃度，并能及時(shí)給出報(bào)警、顯示和控制信號(hào)。
    （2）  對(duì)被測(cè)氣體以外的共存氣體或物質(zhì)不敏感。
    （3）  性能長(zhǎng)期穩(wěn)定性好、重復(fù)性好、動(dòng)態(tài)特性好、響應(yīng)迅速。
    （4）  使用、維護(hù)方便，價(jià)格便宜等。 
    由于半導(dǎo)體氣敏傳感器具有靈敏度高、響應(yīng)快、使用壽命長(zhǎng)和成本低等優(yōu)點(diǎn)，所以應(yīng)用很廣。

半導(dǎo)體濕敏傳感器
   濕敏傳感器是由濕敏元件和轉(zhuǎn)換電路等組成，能感受外界濕度（通常將空氣或其他氣體中的水分含量稱為濕度）變化，并通過器件材料的物理或化學(xué)性質(zhì)變化，將環(huán)境濕度變換為電信號(hào)的裝置。
   與溫度測(cè)量相比，對(duì)濕度進(jìn)行地測(cè)量是很困難的，其原因在于空氣中所含的水蒸氣含量極少，比空氣少得多，并且難于集中在濕敏元件表面，此外水蒸氣會(huì)使一些感濕材料溶解、腐蝕、老化，從而喪失原有的感濕性能；再者濕度信息的傳遞必須靠水對(duì)感濕元件直接接觸來完成，因此感濕元件只能暴露在待測(cè)環(huán)境中，而不能密封，易于損壞。20 世紀(jì) 50年代后，陸續(xù)出現(xiàn)了電阻型等濕敏計(jì)，使?jié)穸鹊臏y(cè)量精度大大提高，但是，與其他物理量的檢測(cè)相比，無論是敏感元件的性能，還是制造工藝和測(cè)量精度都差得多和因難得多。近幾年出現(xiàn)的半導(dǎo)體濕敏元件和 MOS 型濕敏元件已達(dá)到較高水平，具有工作范圍寬、響應(yīng)速度快、環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)等特點(diǎn)。

半導(dǎo)體磁敏傳感器
    磁敏傳感器是把磁學(xué)物理量轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的傳感器，它廣泛地應(yīng)用于自動(dòng)控制、信息傳遞、電磁測(cè)量、生物醫(yī)學(xué)等各個(gè)領(lǐng)域。磁敏式傳感器按其結(jié)構(gòu)可分為體型和結(jié)型兩大類，前者有霍耳傳感器（其材料主要有 InSb，InAs，Ge，Si，GaAs 等）和磁敏電阻（1nSb，InAs），后者有磁敏二極管（Ge，Si）、磁敏晶體管（Si 等），它們都是利用半導(dǎo)體材料中的自由電子或空穴隨磁場(chǎng)改變其運(yùn)動(dòng)方向這一特性而制成的一種磁敏傳感器。
    近年來磁敏傳感器的應(yīng)用日益擴(kuò)大，地位越來越重要。磁敏傳感器的應(yīng)用范圍可分為模擬用途和數(shù)字用途兩種。例如利用霍耳傳感器測(cè)量磁場(chǎng)強(qiáng)度，用磁敏電阻、磁敏二極管作無接觸式開關(guān)等。

離子敏傳感器
    離子敏傳感器是將溶液中的離子活度轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的傳感器。在化學(xué)、化工、生物、生物技術(shù)、醫(yī)藥衛(wèi)生、輕工、食品、農(nóng)業(yè)與環(huán)境保護(hù)等領(lǐng)域的應(yīng)用日漸增多，它是化學(xué)量傳感器中制作工藝較成熟、實(shí)用化較早的一類傳感器。其中離子敏場(chǎng)效應(yīng)晶體管（ISFET），是一種對(duì)離子具有選擇敏感作用的場(chǎng)效應(yīng)晶體管， 既具有離子選擇性電極（ISE）響應(yīng)被測(cè)離子的特性， 又具有場(chǎng)效應(yīng)晶體管的特性， 是離子選擇電極技術(shù)和固體微電子技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。 
   與 ISE 相比，ISFET 具有體積小、響應(yīng)快、輸入阻抗高、輸出阻抗低、易于集成、測(cè)量設(shè)備簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，因而更具有生命力。目前，己研制成十多種 ISFET，檢測(cè)對(duì)象為氫、鉀、鈉、鈣、氟、氯、碘、氰、銀、硫、銨等十余種離子，并已有集成化的ISFET器件出現(xiàn)。