傳感器的原理

傳感器的原理、發(fā)展及應(yīng)用傳感器的定義：從廣義上講，傳感器就是能感知外界信息并能按一定規(guī)律將這些信息轉(zhuǎn)換成可用信號(hào)的裝置，通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換文件組成。傳感器的分類：傳感器分為兩大類，即接觸型和非接觸型。就其感知外界信息的原理來(lái)講，可分為：物理類，基于力、熱、光、電、磁和聲等物理效應(yīng)?；瘜W(xué)類，基于化學(xué)反應(yīng)的原理。生物類，基于酶、抗體、和激素等分子識(shí)別功能。通常據(jù)其基本感知功能可分為熱敏元件、光敏元件、氣敏元件、力敏元件、磁敏元件、濕敏元件、聲敏元件、放射線敏感元件、色敏元件和味敏元件等十大類。三.常用的傳感器及其敏感元件。一.溫度傳感器及熱敏元件用于火災(zāi)救援的傳感球以及可視化觸控遙控器溫度傳感器主要由熱敏元件組成。熱敏元件品種教多，市場(chǎng)上銷售的有雙金屬片、銅熱電阻、鉑熱電阻、熱電偶及半導(dǎo)體熱敏電阻等。以半導(dǎo)體熱敏電阻為探測(cè)元件的溫度傳感器應(yīng)用廣泛，這是因?yàn)樵谠试S工作條件范圍內(nèi)，半導(dǎo)體熱敏電阻器具有體積小、靈敏度高、精度高的特點(diǎn)，而且制造工藝簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉。1.半導(dǎo)體熱敏電阻的工作原理按溫度特性熱敏電阻可分為兩類，隨溫度上升電阻增加的為正溫度系數(shù)熱敏電阻，反之為負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻。⑴正溫度系數(shù)熱敏電阻的工作原理此種熱敏電阻以鈦酸鋇（BaTio3）為基本材料，再摻入適量的稀土元素，利用陶瓷工藝高溫?zé)Y(jié)爾成。純鈦酸鋇是一種絕緣材料，但摻入適量的稀土元素如鑭（La）和鈮（Nb）等以后，變成了半導(dǎo)體材料，被稱半導(dǎo)體化鈦酸鋇。它是一種多品體材料，品粒之間存在著晶粒界面，對(duì)于導(dǎo)電電子而言，品粒間界面相當(dāng)于一個(gè)位壘。當(dāng)溫度低時(shí)，由于半導(dǎo)體化鈦酸鋇內(nèi)電場(chǎng)的作用，導(dǎo)電電子可以很容易越過(guò)位壘，所以電阻值較??；當(dāng)溫度升高到居里點(diǎn)溫度（即臨界溫度，此元件的'溫度控制點(diǎn)'一般鈦酸鋇的居里點(diǎn)為120°C）時(shí)，內(nèi)電場(chǎng)受到破壞，不能幫助導(dǎo)電電子越過(guò)位壘，所以表現(xiàn)為電阻值的急劇增加。因?yàn)檫@種元件具有未達(dá)居里點(diǎn)前電阻隨溫度變化非常緩慢，具有恒溫、調(diào)溫和自動(dòng)控溫的功能，只發(fā)熱，不發(fā)紅，無(wú)明火，不易燃燒，電壓交、直流3?440V均可，使用壽命長(zhǎng)，非常適用于電動(dòng)機(jī)等電器裝置的過(guò)熱探測(cè)。⑵負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻的工作原理負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻是以氧化錳、氧化鉆、氧化竦、氧化銅和氧化鋁等金屬氧化物為主要原料，采用陶瓷工藝制造而成。這些金屬氧化物材料都具有半導(dǎo)體性質(zhì)，完全類似于鍺、硅品體材料，體內(nèi)的載流子（電子和空穴）數(shù)目少，電阻較高；溫度升高，體內(nèi)載流子數(shù)目增加，自然電阻值降低。負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻類型很多，使用區(qū)分低溫（-60?300C）、中溫（300?600C）、高溫（＞600C）三種，有靈敏度高、穩(wěn)定性好、響應(yīng)快、壽命長(zhǎng)、價(jià)格低等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于需要定點(diǎn)測(cè)溫的溫度自動(dòng)控制電路，如冰箱、空調(diào)、溫室等的溫控系統(tǒng)。熱敏電阻與簡(jiǎn)單的放大電路結(jié)合，就可檢測(cè)千分之一度的溫度變化，所以和電子儀表組成測(cè)溫計(jì)，能完成高精度的溫度測(cè)量。普通用途熱敏電阻工作溫度為-55C?+315C，特殊低溫?zé)崦綦娮璧墓ぷ鳒囟鹊陀?55C，可達(dá)-273C。2.熱敏電阻熱敏電阻器的主要參數(shù)各種熱敏電阻器的工作條件一定要在其出廠參數(shù)允許范圍之內(nèi)。熱敏電阻的主要參數(shù)有十余項(xiàng)：標(biāo)稱電阻值、使用環(huán)境溫度（最高工作溫度）、測(cè)量功率、額定功率、標(biāo)稱電壓（最大工作電壓）、工作電流、溫度系數(shù)、材料常數(shù)、時(shí)間常數(shù)等。其中標(biāo)稱電阻值是在25°C零功率時(shí)的電阻值，實(shí)際上總有一定誤差，應(yīng)在±10%之內(nèi)。普通熱敏電阻的工作溫度范圍較大，可根據(jù)需要從-55C到+315C選擇，值得注意的是，不同型號(hào)熱敏電阻的最高工作溫度差異很大，如MF11片狀負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻器為+125C，而MF53-1僅為+70C，學(xué)生實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)注意（一般不要超過(guò)50C）。4實(shí)驗(yàn)用熱敏電阻選擇首選普通用途負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻器，因它隨溫度變化一般比正溫度系數(shù)熱敏電阻器易觀察，電阻值連續(xù)下降明顯。若選正溫度系數(shù)熱敏電阻器，實(shí)驗(yàn)溫度應(yīng)在該元件居里點(diǎn)溫度附近。例MF11普通負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻器參數(shù)主要技術(shù)參數(shù)名稱參數(shù)值MF11熱敏電阻符號(hào)外形圖標(biāo)稱阻值（k。）10?15片狀外形符號(hào)額定功率（W）0.25材料常數(shù)B范圍（k）1980?3630溫度系數(shù)（10-2/C）-（2.23?4.09）耗散系數(shù)（mW/C）N5時(shí)間常數(shù)（s）^30最高工作溫度（C）125粗測(cè)熱敏電阻的值，宜選用量程適中且通過(guò)熱敏電阻測(cè)量電流較小萬(wàn)用表。若熱敏電阻10k。左右，可以選用MF10型萬(wàn)用表，將其擋位開(kāi)關(guān)撥到歐姆擋RX100,用鱷魚(yú)夾代替表筆分別夾住熱敏電阻的兩引腳。在環(huán)境溫度明顯低于體溫時(shí)，讀數(shù)10.2k,用于捏住熱敏電阻，可看到表針指示的阻值逐漸減?。凰砷_(kāi)手后，阻值加大，逐漸復(fù)原。這樣的熱敏電阻可以選用（最高工作溫度100°C左右）。幾種實(shí)用測(cè)溫傳感器a空調(diào)內(nèi)專用溫控傳感器：熱敏元件封在銅金屬中。b氣溫測(cè)量傳感器二光傳感器及光敏元件光傳感器主要由光敏元件組成。目前光敏元件發(fā)展迅速、品種繁多、應(yīng)用廣泛。市場(chǎng)出售的有光敏電阻器、光電二極管、光電三極管、光電耦合器和光電池等。1.光敏電阻器光纖傳感器光敏電阻器由能透光的半導(dǎo)體光電品體構(gòu)成，因半導(dǎo)體光電品體成分不同，又分為可見(jiàn)光光敏電阻（硫化鎘品體）、紅外光光敏電阻（神化鎵品體）、和紫外光光敏電阻（硫化鋅品體）。當(dāng)敏感波長(zhǎng)的光照半導(dǎo)體光電晶體表面，品體內(nèi)載流子增加，使其電導(dǎo)率增加（即電阻減?。?。光敏電阻的主要參數(shù)：?光電流、亮阻：在一定外加電壓下，當(dāng)有光（100lx照度）照射時(shí)，流過(guò)光敏電阻的電流稱光電流；外加電壓與該電流之比為亮阻，一般幾kQ?幾十k。。?暗電流、暗阻：在一定外加電壓下，當(dāng)無(wú)光（0lx照度）照射時(shí)，流過(guò)光敏電阻的電流稱暗電流；外加電壓與該電流之比為暗阻，一般幾百kQ?幾千kQ以上。?最大工作電壓：一般幾十伏至上百伏。?環(huán)境溫度：一般-25C至+55C，有的型號(hào)可以-40C至+70C。?額定功率（功耗）：光敏電阻的亮電流與外電壓乘積；可有5川叩至300mW多種規(guī)格選擇。?光敏電阻的主要參數(shù)還有響應(yīng)時(shí)間、靈敏度、光譜響應(yīng)、光照特性、溫度系數(shù)、伏安特性等。值得注意的是，光照特性（隨光照強(qiáng)度變化的特性）、溫度系數(shù)（隨溫度變化的特性）、伏安特性不是線性的，如以CdS（硫化鎘）光敏電阻的光阻有時(shí)隨溫度的增加而增大，有時(shí)隨溫度的增加又變小。硫化鎘光敏電阻器的參數(shù)：型號(hào)規(guī)格MG41-22MG42-16MG44-02MG45-52環(huán)境溫度（°C）-40?+60-25?+55-40?+70-40?+70額定功率（mW）20105200亮阻，100lx（k。）^2^50^2^2暗阻，0lx（M。）N1N10N0.2N1響應(yīng)時(shí)間（ms）^20^20^20^20最高工作電壓（v）10050202502光電二極管和普通二極管相比，除它的管芯也是一個(gè)PN結(jié)、具有單向?qū)щ娦阅芡?，其他均差異很大。首先管芯?nèi)的PN結(jié)結(jié)深比較淺（小于1微米），以提高光電轉(zhuǎn)換能力；第二PN結(jié)面積比較大，電極面積則很小，以有利于光敏面多收集光線；第三光電二極管在外觀上都有一個(gè)用有機(jī)玻璃透鏡密封、能匯聚光線于光敏面的“窗口”；所以光電二極管的靈敏度和響應(yīng)時(shí)間遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于光敏電阻。常見(jiàn)的幾種光電二極管及符號(hào)如下：2DU有前極、后極、環(huán)極三個(gè)極。其中環(huán)極是為了減小光電二極管的暗電流和增加工作穩(wěn)定性而設(shè)計(jì)增加的，應(yīng)用時(shí)需要接電源正極。光電二極管的主要參數(shù)有：最高工作電壓（10?50V），暗電流（^0.05?1微安），光電流（＞6-80微安），光電靈敏度、響應(yīng)時(shí)間（幾十ns?幾十ps）、結(jié)電容和正向壓降等。光電二極管的優(yōu)點(diǎn)是線性好，響應(yīng)速度快，對(duì)寬范圍波長(zhǎng)的光具有較高的靈敏度，噪聲低；缺點(diǎn)是單獨(dú)使用輸出電流（或電壓）很小，需要加放大電路。適用于通訊及光電控制等電路。光電二極管的檢測(cè)可用萬(wàn)用表RX1K擋，避光測(cè)正向電阻應(yīng)10K。?200K。，反向應(yīng)8,去掉遮光物后向右偏轉(zhuǎn)角越大，靈敏度越高。光電三極管可以視為一個(gè)光電二極管和一個(gè)三極管的組合元件，由于具有放大功能，所以其暗電流、光電流和光電靈敏度比光電二極管要高得多，但結(jié)構(gòu)原因使結(jié)電容加大，響應(yīng)特性變壞。廣泛應(yīng)用于低頻的光電控制電路。半導(dǎo)體光電器件還有MOS結(jié)構(gòu)，如掃描儀、攝象頭中常用的CCD（電荷耦合器件）就是集成的光電二極管或MOS結(jié)構(gòu)的陣列。三氣敏傳感器及氣敏元件教材僅要求簡(jiǎn)單的熱敏電阻和光敏電阻特性實(shí)驗(yàn)。由于氣體與人類的日常生活密切相關(guān)，對(duì)氣體的檢測(cè)已經(jīng)是保護(hù)和改善生態(tài)居住環(huán)境不可缺少手段，氣敏傳感器發(fā)揮著極其重要的作用。例如生活環(huán)境中的一氧化碳濃度達(dá)0.8?1.15ml/L時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)呼吸急促，脈搏加快，甚至?xí)炟实葼顟B(tài)，達(dá)1.84ml/L時(shí)則有在幾分鐘內(nèi)死亡的危險(xiǎn)，因此對(duì)一氧化碳檢測(cè)必須快而準(zhǔn)。利用SnO2金屬氧化物半導(dǎo)體氣敏材料，通過(guò)顆粒超微細(xì)化和摻雜工藝制備SnO2納米顆粒，并以此為基體摻雜一定催化劑，經(jīng)適當(dāng)燒結(jié)工藝進(jìn)行表面修飾，制成旁熱式燒結(jié)型CO敏感元件，能夠探測(cè)0.005%?0.5%范圍的CO氣體。還有許多易爆可燃?xì)怏w、酒精氣體、汽車尾氣等有毒氣體的進(jìn)行探測(cè)的傳感器。常用的主要有接觸燃燒式氣體傳感器、電化學(xué)氣敏傳感器和半導(dǎo)體氣敏傳感器等。接觸燃燒式氣體傳感器的檢測(cè)元件一般為鉑金屬絲（也可表面涂鉑、鈀等稀有金屬催化層），使用時(shí)對(duì)鉑絲通以電流，保持300°C?400°C的高溫，此時(shí)若與可燃性氣體接觸，可燃性氣體就會(huì)在稀有金屬催化層上燃燒，因此鉑絲的溫度會(huì)上升，鉑絲的電阻值也上升；通過(guò)測(cè)量鉑絲的電阻值變化的大小，就知道可燃性氣體的濃度。電化學(xué)氣敏傳感器一般利用液體（或固體、有機(jī)凝膠等）電解質(zhì)，其輸出形式可以是氣體直接氧化或還原產(chǎn)生的電流，也可以是離子作用于離子電極產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)。半導(dǎo)體氣敏傳感器具有靈敏度高、響應(yīng)快、穩(wěn)定性好、使用簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，應(yīng)用極其廣泛;下面重點(diǎn)介紹半導(dǎo)體氣敏傳感器及其氣敏元件。半導(dǎo)體氣敏元件有N型和P型之分。N型在檢測(cè)時(shí)阻值隨氣體濃度的增大而減??；P型阻值隨氣體濃度的增大而增大。象SnO2金屬氧化物半導(dǎo)體氣敏材料，屬于N型半導(dǎo)體，在200?300C溫度它吸附空氣中的氧，形成氧的負(fù)離子吸附，使半導(dǎo)體中的電子密度減少，從而使其電阻值增加。當(dāng)遇到有能供給電子的可燃?xì)怏w（如CO等）時(shí)，原來(lái)吸附的氧脫附，而由可燃?xì)怏w以正離子狀態(tài)吸附在金屬氧化物半導(dǎo)體表面；氧脫附放出電子，可燃行氣體以正離子狀態(tài)吸附也要放出電子，從而使氧化物半導(dǎo)體導(dǎo)帶電子密度增加，電阻值下降。可燃性氣體不存在了，金屬氧化物半導(dǎo)體又會(huì)自動(dòng)恢復(fù)氧的負(fù)離子吸附，使電阻值升高到初始狀態(tài)。這就是半導(dǎo)體氣敏元件檢測(cè)可燃?xì)怏w的基本原理。目前國(guó)產(chǎn)的氣敏元件有2種。一種是直熱式，加熱絲和測(cè)量電極一同燒結(jié)在金屬氧化物半導(dǎo)體管芯內(nèi)；旁熱式氣敏元件以陶瓷管為基底，管內(nèi)穿加熱絲，管外側(cè)有兩個(gè)測(cè)量極，測(cè)量極之間為金屬氧化物氣敏材料，經(jīng)高溫?zé)Y(jié)而成。氣敏元件的參數(shù)主要有加熱電壓、電流，測(cè)量回路電壓，靈敏度，響應(yīng)時(shí)間，恢復(fù)時(shí)間，標(biāo)定氣體（0.1%丁烷氣體）中電壓，負(fù)載電阻值等。QM-N5型氣敏元件適用于天然氣、煤氣、氫氣、烷類氣體、烯類氣體、汽油、煤油、乙快、氨氣、煙霧等的檢測(cè)，屬于N型半導(dǎo)體元件。靈敏度較高，穩(wěn)定性較好，響應(yīng)和恢復(fù)時(shí)間短，市場(chǎng)上應(yīng)用廣泛。QM-N5氣敏元件參數(shù)如下：標(biāo)定氣體（0.1%丁烷氣體，最佳工作條件）中電壓N2V，響應(yīng)時(shí)間^10S，恢復(fù)時(shí)間^30S，最佳工作條件加熱電壓5V、測(cè)量回路電壓10V、負(fù)載電阻RL為2K，允許工作條件加熱電壓4.5?5.5V、測(cè)量回路電壓5?15V、負(fù)載電阻0.5?2.2K。下圖為氣敏元件的簡(jiǎn)單測(cè)試電路（組成傳感器），電壓表指針變化越大，靈敏度越高；只要加一簡(jiǎn)單電路可實(shí)現(xiàn)報(bào)警。常見(jiàn)的氣敏元件還有MQ-31（專用于檢測(cè)CO），QM-J1酒敏元件等。四力敏傳感器和力敏元件力敏傳感器的種類甚多，傳統(tǒng)的測(cè)量方法是利用彈性材料的形變和位移來(lái)表示。隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，利用半導(dǎo)體材料的壓阻效應(yīng)（即對(duì)其某一方向施加壓力，其電阻率就發(fā)生變化）和良好的彈性，已經(jīng)研制出體積小、重量輕、靈敏度高的力敏傳感器，廣泛用于壓力、加速度等物理力學(xué)量的測(cè)量。五磁敏傳感器和磁敏元件目前磁敏元件有霍爾器件（基于霍爾效應(yīng)）、磁阻器件（基于磁阻效應(yīng)：外加磁場(chǎng)使半導(dǎo)體的電阻隨磁場(chǎng)的增大而增加。）、磁敏二極管和三極管等。以磁敏元件為基礎(chǔ)的磁敏傳感器在一些電、磁學(xué)量和力學(xué)量的測(cè)量中廣泛應(yīng)用。在一定意義上傳感器與人的感官有對(duì)應(yīng)的關(guān)系，其感知能力已遠(yuǎn)超過(guò)人的感官。例如利用目標(biāo)自身紅外輻射進(jìn)行觀察的紅外成像系統(tǒng)（夜像儀），黑夜中可1000米發(fā)現(xiàn)人，2000米發(fā)現(xiàn)車輛；熱像儀的核心部件是紅外傳感器。1991年海灣戰(zhàn)爭(zhēng)中，伊拉克的坦克配置的夜視儀探測(cè)距離僅800米，還不及美英聯(lián)軍的一半，黑暗中被打得慘敗是必然的。目前世界各國(guó)都將傳感器技術(shù)列為優(yōu)先發(fā)展的高新技術(shù)的重點(diǎn)。為了大幅度提供傳感器的性能，將不斷采用新結(jié)構(gòu)、新材料和新工藝，向小型化、集成化和智能的方向發(fā)展。六.電阻性傳感器，如萬(wàn)用表digitalmultimeter5hFEm-H』*C7:/doflxEto.o?o^digitalmultimeter5hFEm-H』*C7:/doflxEto.o?o^HOLDLIGHT微型化智能化多功能傳感器無(wú)線網(wǎng)格化一.傳感器是新技術(shù)革命和信息社會(huì)的重要技術(shù)基礎(chǔ)，是現(xiàn)代科技的開(kāi)路先鋒，美國(guó)早在80年代就聲稱世界已進(jìn)入傳感器時(shí)代，日本則把傳感器技術(shù)列為十大技術(shù)之創(chuàng)立。日本工商界人士聲稱“支配了傳感器技術(shù)就能夠支配新時(shí)代”。世界技術(shù)發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)開(kāi)發(fā)傳感器技術(shù)部十分重視。美、日、英、法、德和獨(dú)聯(lián)體等國(guó)都把傳感器技術(shù)列為國(guó)家重點(diǎn)開(kāi)發(fā)關(guān)鍵技術(shù)之一。美國(guó)國(guó)家長(zhǎng)期安全和經(jīng)濟(jì)繁榮至關(guān)重要的22項(xiàng)技術(shù)中有6項(xiàng)與傳感器信息處理技術(shù)直接相關(guān)。關(guān)于保護(hù)美國(guó)武器系統(tǒng)質(zhì)量?jī)?yōu)勢(shì)至關(guān)重要的關(guān)鍵技術(shù)，其中8項(xiàng)為無(wú)源傳感器。美國(guó)空軍2000年舉出15項(xiàng)有助于提高21世紀(jì)空軍能力關(guān)鍵技術(shù)，傳感器技術(shù)名列第二。日本對(duì)開(kāi)發(fā)和利用傳感器技術(shù)相當(dāng)重視并列為國(guó)家重點(diǎn)發(fā)展6大核心技術(shù)之一。日本科學(xué)技術(shù)廳制定的90年代重點(diǎn)科研項(xiàng)目中有70個(gè)重點(diǎn)課題，其中有18項(xiàng)是與傳感器技術(shù)密切相關(guān)。美國(guó)早在80年代初就成立了國(guó)家技術(shù)小組(BTG)，幫助政府組織和領(lǐng)導(dǎo)各大公司與國(guó)家企事業(yè)部門(mén)的傳感器技術(shù)開(kāi)發(fā)工作。傳感器技術(shù)是一項(xiàng)當(dāng)今世界令人矚目的迅猛發(fā)展起來(lái)的高新技術(shù)之一，也是當(dāng)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要標(biāo)志，它與通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)構(gòu)成信息產(chǎn)業(yè)的三大支柱之一。如果說(shuō)計(jì)算機(jī)是人類大腦的擴(kuò)展，那么傳感器就是人類五官的延伸，當(dāng)集成電路、計(jì)算機(jī)技術(shù)飛速發(fā)展時(shí)，人們才逐步認(rèn)識(shí)信息攝取裝置——傳感器沒(méi)有跟上信息技術(shù)的發(fā)展而驚呼“大腦發(fā)達(dá)、五官不靈”。傳感器開(kāi)始受到普遍重視，從八十年代起，逐步在世界范圍內(nèi)掀起了一股“傳感器熱”。美國(guó)國(guó)防部將傳感器技術(shù)視為今年20項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)之一，日本把傳感器技術(shù)與計(jì)算機(jī)、通信、激光半導(dǎo)體、超導(dǎo)并列為6大核心枝術(shù)，德國(guó)視軍用傳感器為優(yōu)先發(fā)展技術(shù)，英、法等國(guó)對(duì)傳感器的開(kāi)發(fā)投資逐年升級(jí)，原蘇聯(lián)軍事航天計(jì)劃中的第五條列有傳感器技術(shù)。正是由于世界各國(guó)普遍重視和投入開(kāi)發(fā)，傳感器發(fā)展十分迅速，在近十幾年來(lái)其產(chǎn)量及市場(chǎng)需求年增長(zhǎng)率均在10%以上。目前世界上從事傳感器研制生產(chǎn)單位已增到5000余家。美國(guó)、歐洲、俄羅斯各自從事傳感器研究和生產(chǎn)廠家1000余家，日本有800余家。英特爾公司于近期宣布，它已經(jīng)發(fā)明了一種絕緣品體管的突破性新方法，解決了半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)面臨的最基本問(wèn)題之一：在減少電能損耗和發(fā)熱量的同時(shí)使計(jì)算機(jī)芯片越來(lái)越小。隨著半導(dǎo)體廠商在芯片中“塞入”的晶體管越來(lái)越多，品體管就會(huì)出現(xiàn)電子泄露的問(wèn)題。這意味著功能強(qiáng)大的芯片需要更多的電能，縮短了電池使用時(shí)間，并造成計(jì)算機(jī)散發(fā)大量熱量，使筆記本電腦變得燙手，企業(yè)則需要為服務(wù)器系統(tǒng)建立昂貴的冷卻系統(tǒng)。英特爾公司稱，為了解決這一問(wèn)題，它已經(jīng)找到了一種絕緣金屬材料，以取代目前晶體管中普遍使用的二氧化硅。二氧化硅在品體管中的使用已經(jīng)有三十年的歷史了。英特爾公司的技術(shù)分析師威羅納爾說(shuō)，能耗問(wèn)題是半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)目前遇到的最大難題，我們的技術(shù)是對(duì)晶體管的重新設(shè)計(jì)。當(dāng)在芯片上集成的晶體管越來(lái)越多時(shí)，二氧化硅絕緣層會(huì)變得非常薄，使電流能夠泄露出去。英特爾公司的解決方案是一種被稱為“高K絕緣體”的較厚的金屬材料，使品體管不會(huì)發(fā)生電流泄露。為了提高芯片的運(yùn)算能力，英特爾公司及其競(jìng)爭(zhēng)對(duì)于在芯片中集成的晶體管數(shù)目越來(lái)越大。例如，1993年推出的奔騰芯片集成了310萬(wàn)個(gè)晶體管，奔騰4芯片則集成了5500萬(wàn)個(gè)晶體管，英特爾公司在2007年推出的芯片預(yù)計(jì)將集成10億個(gè)以上的晶體管。英特爾公司的創(chuàng)始人之一戈登?摩爾在1965年提出了著名的摩爾定律，即芯片上集成的品體管數(shù)量每18個(gè)月就會(huì)翻一番。今年2月份，他預(yù)測(cè)說(shuō)，摩爾定律在未來(lái)10年內(nèi)還會(huì)繼續(xù)生效，但他警告說(shuō)，為了減少芯片的發(fā)熱量，必須首先解決電流泄露的問(wèn)題。威羅納爾表示，由于新的絕緣材料與現(xiàn)有的硅柵極不兼容，英特爾公司還將在柵極中使用金屬材料。英特爾公司沒(méi)有披露新材料的成份。英特爾公司稱，它將在2007年使用這種新技術(shù)，屆時(shí)，它還將開(kāi)始使用0.045微米生產(chǎn)工藝開(kāi)發(fā)新型傳感器新型傳感器，大致應(yīng)包括：采用新原理、填補(bǔ)傳感器空白、仿生傳感器等諸方面。它們之間是互相聯(lián)系的。傳感器的工作機(jī)理是基于各種效應(yīng)和定律，由此啟發(fā)人們進(jìn)一步探索具有新效應(yīng)的敏感功能材料，并以此研制出具有新原理的新型物性型傳感器件，這是發(fā)展高性能、多功能、低成本和小型化傳感器的重要途徑。結(jié)構(gòu)型傳感器發(fā)展得較早，目前日趨成熟。結(jié)構(gòu)型傳感器，一般說(shuō)它的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積偏大，價(jià)格偏高。物性型傳感器大致與之相反，具有不少誘人的優(yōu)點(diǎn)，加之過(guò)去發(fā)展也不夠。世界各國(guó)都在物性型傳感器方面投入大量人力、物力加強(qiáng)研究，從而使它成為一個(gè)值得注意的發(fā)展動(dòng)向。其中利用量子力學(xué)諸效應(yīng)研制的低靈敏閾傳感器，用來(lái)檢測(cè)微弱的信號(hào)，是發(fā)展新動(dòng)向之一。集成化、多功能化、智能化傳感器集成化包括兩種定義，一是同一功能的多元件并列化，即將同一類型的單個(gè)傳感元件用集成工藝在同一平面上排列起來(lái)，排成1維的為線性傳感器，CCD圖象傳感器就屬于這種情況。集成化的另一個(gè)定義是多功能一體化，即將傳感器與放大、運(yùn)算以及溫度補(bǔ)償?shù)拳h(huán)節(jié)一體化，組裝成一個(gè)器件。隨著集成化技術(shù)的發(fā)展，各類混合集成和單片集成式壓力傳感器相繼出現(xiàn)，有的已經(jīng)成為商品。集成化壓力傳感器有壓阻式、電容式、等類型，其中壓阻式集成化傳感器發(fā)展快、應(yīng)用廣。傳感器的多功能化也是其發(fā)展方向之一。所謂多功能化的典型實(shí)例，美國(guó)某大學(xué)傳感器研究發(fā)展中心研制的單片硅多維力傳感器可以同時(shí)測(cè)量3個(gè)線速度、3個(gè)離心加速度（角速度）和3個(gè)角加速度。主要元件是由4個(gè)正確設(shè)計(jì)安裝在一個(gè)基板上的懸臂梁組成的單片硅結(jié)構(gòu)，9個(gè)正確布置在各個(gè)懸臂梁上的壓阻敏感元件。多功能化不僅可以降低生產(chǎn)成本，減小體積，而且可以有效的提高傳感器的穩(wěn)定性、可靠性等性能指標(biāo)。把多個(gè)功能不同的傳感元件集成在一起，除可同時(shí)進(jìn)行多種參數(shù)的測(cè)量外，還可對(duì)這些參數(shù)的測(cè)量結(jié)果進(jìn)行綜合處理和評(píng)價(jià)，可反映出被測(cè)系統(tǒng)的整體狀態(tài)。由上還可以看出，集成化對(duì)固態(tài)傳感器帶來(lái)了許多新的機(jī)會(huì)，同時(shí)它也是多功能化的基礎(chǔ)。傳感器與微處理機(jī)相結(jié)合，使之不僅具有檢測(cè)功能，還具有信息處理、邏輯判斷、自診斷、以及“思維”等人工智能，就稱之為傳感器的智能化。借助于半導(dǎo)體集成化技術(shù)把傳感器部分與信號(hào)預(yù)處理電路、輸入輸出接口、微處理器等制作在同一塊芯片上，即成為大規(guī)模集成智能傳感器?？梢哉f(shuō)智能傳感器是傳感器技術(shù)與大規(guī)模集成電路技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，它的實(shí)現(xiàn)將取決于傳感技術(shù)與半導(dǎo)體集成化工藝水平的提高與發(fā)展。這類傳感器具有多能、高性能、體積小、適宜大批量生產(chǎn)和使用方便等優(yōu)點(diǎn)，可以肯定地說(shuō)，是傳感器重要的方向之一。新材料開(kāi)發(fā)傳感器材料是傳感器技術(shù)的重要基礎(chǔ)，是傳感器技術(shù)升級(jí)的重要支撐。隨著材料科學(xué)的進(jìn)步,傳感器技術(shù)日臻成熟，其種類越來(lái)越多，除了早期使用的半導(dǎo)體材料、陶瓷材料以外，光導(dǎo)纖維以及超導(dǎo)材料的開(kāi)發(fā)，為傳感器的發(fā)展提供了物質(zhì)基礎(chǔ)。例如,根據(jù)以硅為基體的許多半導(dǎo)體材料易于微型化、集成化、多功能化、智能化，以及半導(dǎo)體光熱探測(cè)器具有靈敏度高、精度高、非接觸性等特點(diǎn)，發(fā)展紅外傳感器、激光傳感器、光纖傳感器等現(xiàn)代傳感器;在敏感材料中，陶瓷材料、有機(jī)材料發(fā)展很快，可采用不同的配方混合原料,在精密調(diào)配化學(xué)成分的基礎(chǔ)上,經(jīng)過(guò)高精度成型燒結(jié)，得到對(duì)某一種或某幾種氣體具有識(shí)別功能的敏感材料，用于制成新型氣體傳感器。此外，高分子有機(jī)敏感材料，是近幾年人們極為關(guān)注的具有應(yīng)用潛力的新型敏感材料，可制成熱敏、光敏、氣敏、濕敏、力敏、離子敏和生物敏等傳感器。傳感器技術(shù)的不斷發(fā)展，也促進(jìn)了更新型材料的開(kāi)發(fā),如納米材料等。美國(guó)NRC公司已開(kāi)發(fā)出納米ZrO2氣體傳感器，控制機(jī)動(dòng)車輛尾氣的排放，對(duì)凈化環(huán)境效果很好，應(yīng)用前景比較廣闊。由于采用納米材料制作的傳感器，具有龐大的界面，能提供大量的氣體通道，而且導(dǎo)通電阻很小，有利于傳感器向微型化發(fā)展，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步將有更多的新型材料誕生。新工藝的采用在發(fā)展新型傳感器中，離不開(kāi)新工藝的采用。新工藝的含義范圍很廣，這里主要指與發(fā)展新興傳感器聯(lián)系特別密切的微細(xì)加工技術(shù)。該技術(shù)又稱微機(jī)械加工技術(shù)，是近年來(lái)隨著集成電路工藝發(fā)展起來(lái)的，它是離子束、電子束、分子束、激光束和化學(xué)刻蝕等用于微電子加工的技術(shù)，目前已越來(lái)越多地用于傳感器領(lǐng)域，例如濺射、蒸鍍、等離子體刻蝕、化學(xué)氣體淀積(CVD)、外延、擴(kuò)散、腐蝕、光刻等，迄今已有大量采用上述工藝制成的傳感器的國(guó)內(nèi)外報(bào)道。智能材料智能材料是指設(shè)計(jì)和控制材料的物理、化學(xué)、機(jī)械、電學(xué)等參數(shù)，研制出生物體材料所具有的特性或者優(yōu)于生物體材料性能的人造材料。有人認(rèn)為，具有下述功能的材料可稱之為智能材料：具備對(duì)環(huán)境的判斷可自適應(yīng)