传感器原理及其应用

　　本书系统阐述了磁敏感元器件和磁传感器、压电式传感器、压阻式传感器等物理传感器结构、工作原理和特性，介绍了硅各向异性腐蚀技术、传感器集成化及传感器CAD等传感器技术。本书具有较系统的基础理论和实用技术，概念清楚。全书共１５章，主要内容包括绪论、磁传感器概述、霍尔元件、磁敏电阻、磁敏二极管、磁敏三极管、其他磁传感器、压电效应与压阻效应、弹性元件的力学分析、压电式传感器、压阻式传感器、电容式传感器、硅各向异性腐蚀技术、传感器集成化及传感器CAD。书中包括采用MEMS技术制造硅磁敏三极管、硅各向异性腐蚀技术和MOSFETs压磁传感器集成化等内容，是作者在国家自然科学基金和黑龙江省科技计划项目支持下取得的科研成果，对研究生和从事传感器MEMS研究开发的科技人员具有重要参考价值。本书可作为电子信息类、电气信息类、仪器仪表类等专业的本科生和研究生教材，也可供相关领域工程技术人员参考。

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前言
第1章 绪论
1.1 传感器的定义和组成
1.1.1 传感器的定义
1.1.2 传感器的组成
1.2 传感器的分类
1.2.1 按传感器检测的量分类
1.2.2 按传感器输出的信号性质分类
1.2.3 按传感器的结构分类
1.2.4 按传感器的功能分类
1.2.5 按传感器的能源分类
1.2.6 按传感器的转换原理分类
1.3 传感器的特性与主要性能指标
1.3.1 传感器静态特性与主要性能指标
1.3.2 传感器动态特性
1.4 传感器的发展趋势
1.4.1 开发新型传感器
1.4.2 开发新材料
1.4.3 微型传感器加工工艺的发展
1.4.4 传感器多功能集成化发展
1.4.5 传感器的智能化和网络化发展
参考文献
第2章 磁传感器概述
2.1 磁场概述
2.1.1 磁场的定义
2.1.2 磁场的分类
2.2 磁传感器的定义和分类
2.2.1 磁传感器的定义
2.2.2 磁传感器的分类
2.3 磁传感器的发展动向及展望
参考文献
第3章 霍尔元件
3.1 霍尔效应
3.2 霍尔元件及其效率
3.3 霍尔元件的设计
3.3.1 几何尺寸对霍尔输出电压的影响
3.3.2 霍尔输出电极宽度对霍尔输出电压的影响
3.3.3 霍尔元件的不等位电势及其影响因素
3.4 霍尔元件的电磁特性
3.4.1 VH-B关系
3.4.2 VH-I关系
3.4.3 R-B关系
3.5 霍尔元件的温度特性
3.5.1 一般分析
3.5.2 温度补偿
3.5.3 最大允许控制电流
3.6 霍尔元件的频率特性
3.7 霍尔元件参数的测试方法
3.7.1 常用参数
3.7.2 测试方法
3.8 霍尔元件的应用
3.8.1 磁钢
3.8.2 无刷直流电机
参考文献
第4章 磁敏电阻
4.1 半导体磁阻效应
4.1.1 物理磁阻效应
4.1.2 几何磁阻效应
4.1.3 磁阻比特性
4.2 半导体磁敏电阻
4.2.1 磁敏电阻的材料
4.2.2 圆板型磁敏电阻
4.2.3 栅格状磁敏电阻
4.2.4 InSb-NiSb共晶磁敏电阻
4.3 半导体磁敏电阻特性及其补偿
4.3.1 磁敏电阻的特性参数
4.3.2 磁阻比特性
4.3.3 温度特性
4.4 强磁性金属磁敏电阻的工作原理与特性
4.4.1 强磁性金属的磁阻效应
4.4.2 强磁性金属磁敏电阻的工作原理
4.4.3 磁场强度-输出电压特性
4.5 强磁性金属磁敏电阻及其特性
4.5.1 元件的构成
4.5.2 强磁性金属磁敏电阻的工作特性
4.6 巨磁电阻的工作原理及其应用
4.6.1 巨磁阻效应
4.6.2 巨磁电阻的工作原理
4.6.3 Co/Cu/Co多层膜巨磁电阻
4.6.4 巨磁电阻的应用
参考文献
第5章 磁敏二极管
5.1 磁敏二极管工作原理
5.2 磁敏二极管的设计原则
5.2.1 材料选择
5.2.2 尺寸选择
5.3 磁敏二极管的制备工艺
5.3.1 锗磁敏二极管的制备工艺
5.3.2 硅磁敏二极管制备工艺
5.4 磁敏二极管特性与测试方法
5.4.1 磁灵敏度及其测试方法
5.4.2 输出电压随磁场变化的特性
5.4.3 温度特性
5.4.4 频率特性
5.4.5 噪声
5.5 温度补偿方法
参考文献
第6章 磁敏三极管
6.1 磁敏三极管的工作原理
6.2 磁敏三极管的设计原则
6.3 磁敏三极管的制备工艺
6.3.1 锗磁敏三极管的制备工艺
6.3.2 硅磁敏三极管3CCM的制备工艺
6.3.3 采用MEMS技术制造硅磁敏三极管
6.4 磁敏三极管的特性与测试方法
6.4.1 磁灵敏度
6.4.2 温度特性
6.4.3 频率特性
6.5 磁敏三极管的温度补偿方法
6.5.1 差分补偿方法
6.5.2 用三极管做温度补偿的方法
参考文献
第7章 其他磁传感器
7.1 韦根德元件
7.1.1 韦根德效应和韦根德元件
7.1.2 韦根德元件应用举例
7.2 约瑟夫逊超导量子干涉元件
7.2.1 正常电子的隧道效应
7.2.2 约瑟夫逊效应
参考文献
第8章 压电效应与压阻效应
8.1 压电效应
8.1.1 应力的概念
8.1.2 应变的概念
8.1.3 正应力与正应变的概念
8.1.4 切应力与切应变的概念
8.1.5 应力张量和应变张量的概念
8.1.6 应变分量与位移分量之间的关系
8.1.7 石英晶体的介电性质
8.1.8 石英晶体的压电效应
8.2 压阻效应
8.2.1 压阻系数
8.2.2 液体静压强作用下的效应
8.2.3 单轴拉伸或压缩下的压阻效应
8.2.4 压阻效应的应用
8.2.5 影响压阻系数大小的因素
参考文献
第9章 弹性元件的力学分析
9.1 梁式弹性元件分析
9.1.1 梁式弹性元件正应力
9.1.2 弯矩和剪力
9.2 对称载荷下的圆板弯曲
9.3 圆板应力和位移的确定
9.4 矩形板的弯曲
9.5 硅弹性膜片形状的选择
参考文献
第10章 压电式传感器
10.1 压电式加速度传感器
10.1.1 工作原理
10.1.2 灵敏度
10.1.3 频响特性
10.1.4 结构特点
10.1.5 应用
10.2 压电式力传感器和压力传感器
10.2.1 压电式力传感器
10.2.2 压电式压力传感器
10.3 压电式传感器的误差
10.3.1 环境温度的影响
10.3.2 环境湿度的影响
10.3.3 横向灵敏度
10.3.4 电缆噪声
10.3.5 接地回路噪声
参考文献
第11章 压阻式传感器
11.1 压阻式压力传感器
11.1.1 压阻系数
11.1.2 压阻式压力传感器原理
11.2 压阻式加速度传感器
11.3 压阻式传感器的输出
11.3.1 恒压源供电
11.3.2 恒流源供电
11.4 扩散电阻的阻值与几何尺寸的确定
11.5 温度漂移的补偿
11.5.1 传感器零位温漂的补偿
11.5.2 传感器灵敏度温漂的补偿
11.5.3 最佳灵敏度温度补偿原理分析
11.5.4 非对称基区梳状晶体管的结构设计
参考文献
第12章 电容式传感器
12.1 工作原理及结构类型
12.2 主要特性
12.2.1 特性曲线、灵敏度、非线性
12.2.2 等效电路
12.2.3 高阻抗、小功率特性
12.2.4 静电引力
12.3 电容式压力传感器性能指标简介
12.4 电容式加速度传感器性能指标简介
12.5 温度误差分析
12.5.1 温度变化对结构尺寸的影响
12.5.2 温度变化对介质介电常数的影响
12.6 绝缘和屏蔽问题
12.6.1 绝缘问题
12.6.2 屏蔽问题
参考文献
第13章 硅各向异性腐蚀技术
13.1 硅各向异性腐蚀技术简介
13.2 硅各向异性腐蚀技术工艺规范
13.3 EPW各向异性腐蚀工艺
13.3.1 EPW腐蚀液
13.3.2 最佳浓度的确定
13.3.3 实验与工艺流程
13.4 KOH各向异性腐蚀工艺
13.4.1 腐蚀设备
13.4.2 氢氧化钾溶液的实验结果
13.5 TMAH单晶硅各向异性腐蚀技术
13.5.1 应用说明
13.5.2 TMAH的性质
13.5.3 实验装置
13.5.4 实验结果分析
13.5.5 结论
13.6 硅各向异性腐蚀实验结果的理论解释
参考文献
第14章 传感器集成化
14.1 传感器的集成化简介
14.2 纳米硅/单晶硅异质结MOSFETs压/磁多功能传感器基本结构
14.3 纳米硅/单晶硅异质结MOSFETs压/磁多功能传感器制作工艺
14.4 纳米硅/单晶硅异质结p-MOSFET特性
14.4.1 纳米硅/单晶硅异质结p-MOSFET基本结构
14.4.2 纳米硅/单晶硅异质结p-MOSFETI-V特性
14.5 纳米硅/单晶硅异质结MOSFETs压/磁多功能传感器压敏特性研究
14.6 纳米硅/单晶硅异质结MOSFETs压/磁多功能传感器磁敏特性
14.7 纳米硅/单晶硅异质结MOSFETs压/磁多功能传感器压/磁特性
参考文献
第15章 传感器CAD
15.1 磁传感器ATLAS模拟仿真
15.1.1 ATLAS
15.1.2 硅磁敏二极管磁特性仿真
15.1.3 硅磁敏三极管ATLAS模拟仿真
15.2 IntelliSuite
15.2.1 3DBuilder
15.2.2 硅各向异性腐蚀模拟
15.2.3 MEMS工艺模拟
15.3 压力传感器仿真
15.3.1 ANSYS
15.3.2 ANSYS仿真过程
15.3.3 压力传感器仿真实例
参考文献
附录Ⅰ 压阻系数
附录Ⅱ 应力与应变的关系——弹性定律
附录Ⅲ 国外压力传感器和加速度传感器主要性能指标
附录Ⅳ 国际单位制主要单位及换算表