紫外線傳感器原理

簡介隨著社會的進步，科學技術的發(fā)展，特別是近20年來，電子技術日新月異，計算機的普及和應用把人類帶到了信息時代，各種電器設備充滿了人們生產(chǎn)和生活的各個領域，相當大一部分的電器設備都應用到了傳感器件，傳感器技術是現(xiàn)代信息技術中主要技術之一，在國民經(jīng)濟建設中占據(jù)有極其重要的地位。人是通過視覺、嗅覺、聽覺及觸覺等感官來感知外界的信息，感知的信息輸入大腦進行分析判斷（即人的思維）和處理，再指揮人作出相應的動作，這是人類認識世界和改造世界具有的最基本的本能。但是通過人的五官感知外界的信息非常有限，例如，人總不能利用觸覺來感知超過幾十甚至上千度的溫度吧，而且也不可能辨別溫度的微小變化，這就需要電子設備的幫助。同樣，利用電子儀器特別象計算機控制的自動化裝置來代替人的勞動，那么計算機類似于人的大腦，而僅有大腦而沒有感知外界信息的“五官”顯然是不足夠的，中央處理系統(tǒng)也還需要它們的“五官”——即傳感器。人的五管是功能非常復雜、靈敏的“傳感器”，例如人的觸覺是相當靈敏的，它可以感知外界物體的溫度、硬度、輕重及外力的大小，還可以具有電子設備所不具備的“手感”，例如棉織物的手感，液體的粘稠感等。然而人的五官感覺大多只能對外界的信息作“定性”感知，而不能作定量感知。而且有許多物理量人的五官是感覺不到的，例如對磁性就不能感知。視覺可以感知可見光部分，對于頻域更加寬的非可見光譜則無法感覺得到，象紅外線和紫外線光譜，人類卻是“視而不見”。借助溫度傳感器很容易感知到幾百度到幾千度的溫度，而且要做到1°C的分辨率輕而易舉。同樣借助紅外和紫外線傳感器，便可感知到這些不可見光，所以人類才制造出了具有廣泛用途的紅外夜視儀和X光診斷設備，這些技術在軍事、國防及醫(yī)療衛(wèi)生領域有著極其重要的作用。在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)領域，工廠的自動流水生產(chǎn)線，全自動加工設備，許多智能化的檢測儀器設備，都大量地采用了各種各樣的傳感器，它們在合理化地進行生產(chǎn)，減輕人們的勞動強度，避免有害的作業(yè)發(fā)揮了巨大的作用。在家用電器領域，象全自動洗衣機、電飯褒和微波爐都離不開傳感器。醫(yī)療衛(wèi)生領域，電子脈博儀、體溫計、醫(yī)用呼吸機、超聲波診斷儀、斷層掃描（CT）及核磁共振診斷設備，都大量地使用了各種各樣的傳感技術。這些對改善人們的生活水平，提高生活質量和健康水平起到了重要的作用。在軍事國防領域，各種偵測設備，紅外夜視探測，雷達跟蹤、武器的精確制導，沒有傳感器是難以實現(xiàn)的。在航空航天領域，空中管制、導航、飛機的飛行管理和自動駕駛，儀表著陸盲降系統(tǒng)，都需要傳感器。人造衛(wèi)星的遙感遙測都與傳感器緊密相關。沒有傳感器，要實現(xiàn)這樣的功能那是不可能的。此外，在礦產(chǎn)資源、海洋開發(fā)、生命科學、生物工程等領域傳感器都有著廣泛的用途，傳感器技術已受到各國的高度重視，并已發(fā)展成為一種專門的技術學科。傳感器是攝取信息的關鍵器件，它與通信技術和計算機技術構成了信息技術的三大支柱，是現(xiàn)代信息系統(tǒng)和各種裝備不可缺少的信息采集手段，也是采用微電子技術改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的重要方法，對提高經(jīng)濟效益、科學研究與生產(chǎn)技術的水平有著舉足輕重的作用。傳感器技術水平高低不但直接影響信息技術水平，而且還影響信息技術的發(fā)展與應用。目前，傳感器技術已滲透到科學和國民經(jīng)濟的各個領域，在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、科學研究及改善人民生活等方面，起著越來越大的作用。許多尖端科學和新興技術更是需要新型傳感器技術來裝備，計算機的推廣應用，離不開傳感器，新型傳感器與計算機相結合，不但使計算機的應用進入了嶄新時代，也為傳感器技術展現(xiàn)了一個更加廣闊的應用領域和發(fā)展前景。傳感器產(chǎn)業(yè)市場分析傳感器技術是現(xiàn)代科技的前沿技術，是現(xiàn)代信息技術的三大支柱之一，其水平高低是衡量一個國家科技發(fā)展水平的重要標志之一。傳感器產(chǎn)業(yè)也是國內(nèi)外公認的具有發(fā)展前途的高技術產(chǎn)業(yè)，它以其技術含量高、經(jīng)濟效益好、滲透能力強、市場前景廣等特點為世人矚目。改革開放20多年來，我國的傳感器技術及其產(chǎn)業(yè)取得了長足進步，主要表現(xiàn)在：一是建立了“傳感技術國家重點實驗室”、“微米/納米國家重點實驗室氣“國家傳感技術工程中心”等研究開發(fā)基地；二是MEMS、MOEMS等研究項目列入了國家高新技術發(fā)展重點；三是在“九五”國家重點科技攻關項目中，傳感器技術研究取得了51個品種86個規(guī)格的新產(chǎn)品；四是初步建立了敏感元件與傳感器產(chǎn)業(yè)，2000年總產(chǎn)量超過13億只，品種規(guī)格已有近6000種，并已在國民經(jīng)濟各部門和國防建設中得到一定應用；五是全國已有1688家企事業(yè)單位從事傳感器的研制、生產(chǎn)和應用，其中從事MEMS研制生產(chǎn)的已有50多家。目前全行業(yè)正在執(zhí)行“十五”計劃，MEMS等5項新型傳感器已列入研究開發(fā)的重點。2004年上半年，產(chǎn)品產(chǎn)銷量繼續(xù)增長，預計到“十五”期末，敏感元器件與傳感器年總產(chǎn)量可望達到20億只，銷售總額將達約120億元，從而初步形成儀器儀表行業(yè)中的經(jīng)濟增長點。特點：兩依附，兩密集，兩分散傳感器技術及其產(chǎn)業(yè)的特點是：基礎、應用兩頭依附；技術、投資兩個密集；產(chǎn)品、產(chǎn)業(yè)兩大分散?；A、應用兩頭依附基礎依附是指傳感器技術的發(fā)展依附于敏感機理、敏感材料、工藝設備和計測技術這四塊基石。敏感機理千差萬別，敏感材料多種多樣，工藝設備各不相同，計測技術大相徑庭，沒有上述四塊基石的支持，傳感器技術難以為繼。應用依附是指傳感器技術基本上屬于應用技術，其開發(fā)多依賴于制成檢測裝置和自動控制系統(tǒng)加以應用，才能真正體現(xiàn)出它的高附加效益并形成現(xiàn)實市場。也即發(fā)展傳感器技術要以市場為導向，實行需求牽引。技術、投資兩個密集技術密集是指傳感器在研制和制造過程中技術的多樣性、邊緣性、綜合性和技藝性。它是多種高技術的集合產(chǎn)物。由于技術密集也自然要求人才密集。投資密集是指研究開發(fā)和生產(chǎn)某一種傳感器產(chǎn)品要求一定的投資強度，尤其是在工程化研究以及建立規(guī)模經(jīng)濟生產(chǎn)線時，更要求較大的投資。產(chǎn)品、產(chǎn)業(yè)兩大分散產(chǎn)品結構和產(chǎn)業(yè)結構的兩大分散是指傳感器產(chǎn)品門類品種繁多（共10大類、42小類近6000個品種），其應用滲透到各個產(chǎn)業(yè)部門，它的發(fā)展既有各產(chǎn)業(yè)發(fā)展的推動力，又強烈地依賴于各產(chǎn)業(yè)的支撐作用。只有按照市場需求，不斷調(diào)整產(chǎn)業(yè)結構和產(chǎn)品結構，才能實現(xiàn)傳感器產(chǎn)業(yè)的全面、協(xié)調(diào)、持續(xù)發(fā)展。面臨新挑戰(zhàn)和新機遇傳感器產(chǎn)業(yè)面臨的挑戰(zhàn)來源于人類社會迫切要求改變信息攝取的落后現(xiàn)狀。傳感技術的落后已成為影響自動化業(yè)發(fā)展的瓶頸。我國眾多自動化方面的專家呼吁：目前復雜系統(tǒng)越來越復雜，自動化已經(jīng)陷入低谷，其主要原因之一是傳感技術的落后，一方面表現(xiàn)為傳感器在感知信息方面的落后；另一方面也表現(xiàn)為傳感器自身在智能化和網(wǎng)絡化方面的技術落后。另外，分析儀器產(chǎn)業(yè)迫切需要新型傳感器。分析儀器是我國科技、經(jīng)濟和社會持續(xù)發(fā)展的基礎，無論在工業(yè)過程控制、設施農(nóng)業(yè)、生物醫(yī)學、環(huán)境控制、食品安全乃至航空航天、國防工程等領域，均迫切需要各類新型傳感器作為信息攝取源的小型化、專用化、簡用化、家庭化（甚至個人化）的新一代分析儀器，實現(xiàn)更靈敏、更準確、更快速、更可靠地實時檢測，以迅速改變我國分析儀器的落后狀況。而技術推動是加速傳感器技術發(fā)展的保證和機遇。幾十年來，以微電子技術為基礎，促進了傳感器技術的發(fā)展。未來10?20年，傳統(tǒng)硅技術將進入成熟期（預測為2014年?2017年）。屆時，^300mm硅晶片將大量用于生產(chǎn)，使得硅的低成本制造技術和硅的應用技術將得到空前的發(fā)展，這無疑將為研制生產(chǎn)微型傳感器、智能傳感器等新型傳感器提供技術保障。從總體發(fā)展看，傳統(tǒng)硅技術將一直延續(xù)到2047年（即晶體管發(fā)明100周年）才趨于飽和（即達到芯片特征尺寸的極限）和衰退。而當前微電子技術仍將依循“等縮比原理”和“摩爾定律”兩條基礎規(guī)律走下去，在盡力逼近傳統(tǒng)硅技術極限中，不斷擴展硅的跨學科橫向應用（如MEMS等）和突破“非穩(wěn)態(tài)物理器件”（量子、分子器件），而上述微電子技術發(fā)展中的兩大方向正是當前乃至未來20年傳感器技術的主要發(fā)展方向。同時，多學科、多種高新技術的交叉融合，推動了新一代傳感器的誕生與發(fā)展。例如：當前我國正在重點開發(fā)的MEMS（微電子與微機械的結合）、MOMES（MEMS與微光學的結合）、智能傳感器（MEMS與CPU、信息控制技術的結合）、生物化學傳感器（MEMS與生物技術、電化學的結合）等以及今后將大力開發(fā)的網(wǎng)絡化傳感器（MEMS網(wǎng)絡技術的結合）、納米傳感器（納米技術與傳感技術的結合）均是多學科、多種學科技術交叉融合的新一代傳感器。呈現(xiàn)八大發(fā)展趨勢一、 傳感器產(chǎn)業(yè)化發(fā)展模式：要加速形成從傳感器研究開發(fā)到大生產(chǎn)一條龍的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展模式，走自主創(chuàng)新和國際合作相結合的跨越式發(fā)展道路，使我國成為世界傳感器的生產(chǎn)大國。二、 傳感器產(chǎn)品結構向全面、協(xié)調(diào)、持續(xù)發(fā)展。產(chǎn)品品種要向高技術、高附加值傾斜，尤其要填補“空白”品種。三、 企業(yè)生產(chǎn)規(guī)模（年生產(chǎn)能力）向規(guī)模經(jīng)濟或適宜規(guī)模經(jīng)濟發(fā)展。量大面廣的通用傳感器的生產(chǎn)規(guī)模將以年億只計，一些中檔傳感器的生產(chǎn)規(guī)模將以年產(chǎn)1000萬只（含以上）計；而一些高檔傳感器和專用傳感器的生產(chǎn)規(guī)模將以年產(chǎn)幾十萬只?幾百萬只計。四、 生產(chǎn)格局向專業(yè)化發(fā)展。專業(yè)化生產(chǎn)的內(nèi)涵為：1.生產(chǎn)傳感器門類少而精；2.專門生產(chǎn)某一應用領域需要的某一類傳感器系列產(chǎn)品，以獲得較高的市場占有率；3.各傳感器企業(yè)的專業(yè)化合作生產(chǎn)。五、 傳感器大生產(chǎn)技術向自動化發(fā)展。傳感器的門類、品種繁多，所用的敏感材料各異，決定了傳感器制造技術的多樣性和復雜性。