傳感器技術(shù)應(yīng)用論文

1、論文關(guān)鍵詞：?jiǎn)尉Р牧隙嗑Р牧戏蔷Р牧戏蔷Ч璺蔷Т判圆牧戏蔷鞲衅髡撐恼赫簩?duì)敏感功能材料研究開(kāi)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(guò)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(jiǎn)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(kāi)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(guò)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(lèi)傳感器更是如此。例如，光敏傳感器一直就是用Si、GaAs之類(lèi)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(kāi)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(kāi)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(lái)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(lèi)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(lèi)似于玻璃故又稱(chēng)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(guò)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(jiàn)圖1)原子排列是短程有序的從總體上來(lái)說(shuō)是長(zhǎng)程無(wú)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(lái)可分為兩大類(lèi)。一類(lèi)是不連續(xù)模型如微晶模型、聚集團(tuán)模型等另一類(lèi)是連續(xù)模型如連續(xù)無(wú)規(guī)則網(wǎng)格模型、硬球無(wú)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(zhǎng)程無(wú)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(jiàn)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(lèi)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(zhǎng)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(wú)源元件，可在多種基片材料上生長(zhǎng)，可用來(lái)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(guò)程中及熱處理過(guò)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(wèn)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(guò)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(guò)熱處理使磁心的磁