傳感器技術(shù)應(yīng)用論文

1、論文關(guān)鍵詞：單晶材料多晶材料非晶材料非晶硅非晶磁性材料非晶傳感器論文摘要：摘要：對(duì)敏感功能材料研究開發(fā)所呈現(xiàn)的主要趨勢(shì)之一就是從單晶材料向多晶材料和非晶材料方向過渡發(fā)展。由于非晶材料具有光吸收系數(shù)高、基片材料的限制性小、性能易于擴(kuò)展、制作工藝簡單等優(yōu)點(diǎn)，因而受到多方面青睞。本文側(cè)重介紹非晶材料的現(xiàn)狀、基本特性及其在傳感器中的應(yīng)用與展望。一、引言最近，對(duì)敏感功能材料的研制開發(fā)所呈現(xiàn)的主要趨勢(shì)之一就是從單晶材料向多晶材料和非晶材料的方向過渡

2、發(fā)展。到目前為止，傳感器中應(yīng)用的敏感功能材料多為單晶材料，特別是物理類傳感器更是如此。例如，光敏傳感器一直就是用Si、GaAs之類的單晶半導(dǎo)體。另一方面，氣敏傳感器主要由多晶材料或多孔陶瓷構(gòu)成。陶瓷由粉末混合物經(jīng)模壓、燒結(jié)而形成。采用理想特性的原材料并對(duì)燒結(jié)工藝嚴(yán)加管制，便可制成一種精細(xì)陶瓷，使之應(yīng)用于傳感器，從而開辟了陶瓷拓寬應(yīng)用的新天地。單晶傳感器僅利用了晶體的體性能，而多晶傳感器和陶瓷傳感器則利用了多孔性和晶粒邊界特性，從而開辟了

3、拓寬應(yīng)用于氣敏傳感器和熱敏傳感器的新途徑。非晶材料大致分為非晶磁性材料和非晶半導(dǎo)體材料。引人注目的非晶合金現(xiàn)已步入實(shí)用階段，特別是近年來又在基礎(chǔ)和應(yīng)用方面作了深入研究，從而了解非晶金屬在結(jié)晶狀態(tài)所具有的獨(dú)特物性，使之拓寬應(yīng)用于傳感器，頗具實(shí)用價(jià)值。二、背景材料以及非晶材料的應(yīng)用現(xiàn)狀隨著人類認(rèn)識(shí)的發(fā)展和技術(shù)的進(jìn)步從20世紀(jì)50年代涌現(xiàn)了若干新型非晶態(tài)材料包括非晶合金、非晶半導(dǎo)體、非晶超導(dǎo)體、非晶離子導(dǎo)體和有機(jī)高分子玻璃等。其中非晶合金中原

4、子的混亂排列情況類似于玻璃故又稱為金屬玻璃。金屬玻璃可由多種工藝制備，所有工藝都涉及將合金從液態(tài)或氣態(tài)快速凝固，凝固過程非?？煲灾聦⒃拥囊后w組態(tài)凍結(jié)下[13]。它們?cè)跓崃W(xué)上處于亞穩(wěn)狀態(tài)在晶化溫度以上即可克服一定大小的能壘而轉(zhuǎn)變成晶態(tài)。研究表明非晶態(tài)結(jié)構(gòu)上與液體相似(見圖1)原子排列是短程有序的從總體上來說是長程無序的宏觀上可將其看作均勻、各向同性的。非晶態(tài)結(jié)構(gòu)的另一個(gè)特點(diǎn)是熱力學(xué)的不穩(wěn)定性存在向晶態(tài)轉(zhuǎn)化的趨勢(shì)即原子趨于規(guī)則排列。為了

5、進(jìn)一步了解非晶態(tài)的結(jié)構(gòu)通常在理論上把非晶態(tài)材料中原子的排列情況模型化其模型歸納起來可分為兩大類。一類是不連續(xù)模型如微晶模型、聚集團(tuán)模型等另一類是連續(xù)模型如連續(xù)無規(guī)則網(wǎng)格模型、硬球無規(guī)密堆模型等。雖然所建立的種種模型[4]于描述非晶態(tài)材料的真實(shí)結(jié)構(gòu)還不夠精確。但在解釋非晶態(tài)材料的某些特性如彈性、磁性上還是取得了一定的成功。非晶態(tài)合金的長程無序、短短有序的特性導(dǎo)致非晶態(tài)金屬有著良好的機(jī)械性能、優(yōu)良的化學(xué)性能以及優(yōu)異的軟磁性能。作傳感器敏感功

6、能材料有很大潛力，主要表現(xiàn)在非晶硅具有一般晶體材料難以得到的特性：①可見光范圍內(nèi)非晶硅的光吸收系數(shù)高；②使微晶相與非晶相混合，可得到類晶體性能；③淀積溫度低（200℃～300℃），可隨意選用基片材料，如可用有機(jī)膜；④可淀積均勻性良好的大面積薄膜；⑤淀積膜的長期穩(wěn)定性和可靠性良好；⑥可在曲面和平面上淀積薄膜；⑦可應(yīng)用光刻工藝；⑧可用非晶材料制作有源和無源元件，可在多種基片材料上生長，可用來制作三維電路。三、非晶材料的基本特征非晶金屬材料具

7、有下述基本特性：1、高透磁率Co基高透磁率非晶金屬由Co、Si、Fe、B主成分組成，添加Mn、Nb、Mo、Cr等元素。圖2所示為透磁率—頻率特性，并與結(jié)晶材料作了比較。圖示表明，非晶材料從低頻到高頻領(lǐng)域均為高的透磁率。為了得到高透磁率，須嚴(yán)密控制組合成分，使磁致伸縮常數(shù)大致為零，極力減小在制造過程中及熱處理過程中容易發(fā)生的感應(yīng)磁各向異性，如此便可獲得高透磁率。再就非晶材料的實(shí)用性而言，至關(guān)重要的一點(diǎn)就是時(shí)效穩(wěn)定性問題。非晶是亞穩(wěn)定物質(zhì)，

8、因而當(dāng)升溫達(dá)結(jié)晶溫度以上時(shí)就起結(jié)晶作用。因此，磁特性、機(jī)械特性便隨之大幅度降低。這樣即使在結(jié)晶溫度以下的溫度領(lǐng)域，磁特性也呈現(xiàn)緩慢變化現(xiàn)象。通過精心熱處理，可望減小時(shí)效變化。但對(duì)使用溫度環(huán)境下的時(shí)效穩(wěn)定性，須抓住充分斟酌、精心設(shè)計(jì)這一重要環(huán)節(jié)。圖2高透磁率Co基非晶金屬的有效透磁率—頻率特性2、低鐵耗、大仰角組合成分為Co基材料，與高透磁率為同一系統(tǒng)。由于轉(zhuǎn)換電源用的飽和扼流圈等的BH曲線（磁化曲線）需用大仰角，因而通過熱處理使磁心的磁