Микроэлектронные датчики и сенсорные устройства : учеб. пособие

ВВЕДЕНИЕ 1. ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ 2. ЭЛЕМЕНТЫ МЕТРОЛОГИИ 2.1. Систематические и случайные погрешности 2.2. Основные методы построения градуировочных графиков 2.3. Электрические схемы формирования выходного сигнала пассивных сенсоров 2.3.1. Потенциометрическая схема 2.3.2. Мостовая схема 2.4. Статический и динамический режимы работы сенсоров 3. ДАТЧИКИ НА ОСНОВЕ ГАЛЬВАНОМАГНИТНЫХ ЭФФЕКТОВ 3.1. Датчики магнитного поля на основе эффекта Холла 3.1.1. Пленочные датчики Холла 3.1.2. Кремниевые интегральные датчики Холла 3.2. Магниторезистивные преобразователи 3.2.1. Магниторезистивный эффект 3.2.2. Конструкции магниторезисторов 3.2.3. Параметры магниторезисторов 3.3. Гальваномагнитные преобразователи на активных элементах 3.3.1. Магнитодиоды 3.3.2. Магнитотранзисторы 3.4. Гальваномагниторекомбинационные преобразователи 3.4.1. Гальваномагниторекомбинационный (ГМР) эффект 3.4.2. Гальваномагниторекомбинационный преобразователь (ГМРП) 3.4.3. Кремниевые интегральные ГМРП 3.5. Магниточувствительные интегральные схемы 3.5.1. Магнитокоммутируемые ИС на основе эффекта Холла 4. ДАТЧИКИ ДАВЛЕНИЯ 4.1. Общие понятия о давлении 4.2. Тензорезистивный эффект в полупроводниках 4.3. Первичные тензопреобразователи 4.4. Классификация интегральных тензопреобразователей давления 4.4.1. Пути интеграции тензопреобразователей 4.4.2. Классификация структур интегральных тензопреобразователей 4.4.3. Технологические этапы изготовления интегральных тензопреобразователей 4.5. Принципы размещения тензорезисторов на мембранах полупроводниковых и интегральных тензопреобразователей давления 5. ДАТЧИКИ ТЕМПЕРАТУРЫ И ТЕПЛОВОГО ИЗЛУЧЕНИЯ 5.1. Терморезистивные датчики 5.1.1. Резистивные детекторы температуры 5.1.2. Кремниевые резистивные датчики 5.1.3. Термисторы 5.2. Термоэлектрические контактные датчики 5.3. Полупроводниковые датчики температуры на основе p-n-перехода 5.4. Детекторы ИК-излучения 5.4.1. Детекторы излучений на основе термоэлементов 5.4.2. Пироэлектрические датчики ИК-излучений 5.4.3. Болометры 6. ДАТЧИКИ СКОРОСТИ И УСКОРЕНИЯ 6.1. Акселерометры 6.1.1. Емкостной акселерометр 6.1.2. Пьезорезистивные акселерометры 6.1.3. Пьезоэлектрические акселерометры 6.1.4. Тепловые акселерометры 6.1.5. Акселерометры с нагреваемым газом 6.2. Гироскопы 6.2.1. Роторный гироскоп 6.2.2. Вибрационные гироскопы 6.2.3. Оптические гироскопы 7. ГАЗОАНАЛИЗАТОРЫ 7.1. Адсорбция на поверхности твердых тел 7.1.1. Роль электронов и дырок при адсорбции 7.1.2. Взаимодействие поверхности с объемом 7.1.3. Химические реакции на поверхности полупроводников 7.2. Датчики на основе окислов металлов 7.3. Датчики на органических полупроводниках 7.4. Каталитические датчики 7.5. Электрохимические газовые датчики 7.6. Датчики на основе МДП-структур 7.7. Газовые датчики с барьером Шоттки 7.8. Газовые датчики на основе приборов, чувствительных к изменению массы 8. ДАТЧИКИ ВЛАЖНОСТИ 8.1. Единицы измерения влажности 8.2. Температурно-градиентные датчики влажности 8.2.1. Психрометрические датчики 8.2.2. Конденсационные датчики 8.3. Сорбционные датчики влажности 8.3.1. Кулонометрические датчики 8.3.2. Сорбционно-импедансные датчики 8.3.3. Пьезосорбционные датчики 9. ДАТЧИКИ ИЗОБРАЖЕНИЯ 9.1. Физические основы принципов работы полупроводниковых датчиков изображения 9.2. Составляющие элементы датчиков изображения 9.2.1. Пиксель 9.2.2. Фотодиод 9.2.3. ПЗС-структура 9.3. Виды полупроводниковых датчиков изображения и их основные функции 9.3.1. Основные функции полупроводниковых датчиков изображения 9.3.2. Устройство ПЗС-матрицы 9.3.3. Устройство КМОП-матрицы 9.4. Особенности конструкций полупроводниковых датчиков изображения 9.4.1. Получение цветного изображения 9.4.2. Трехматричные системы 9.4.3. Матрицы с мозаичными фильтрами 9.4.4. Матрицы с полноцветными пикселями 9.5. Микролинзы 9.6. Датчики изображения с обратной засветкой 9.7. Организация переноса кадра в ПЗС-матрицах 9.7.1. Полнокадровая матрица 9.7.2. Матрицы с буферизацией кадра 9.7.3. Матрицы с буферизацией столбцов 9.8. Преимущество и недостатки КМОП- перед ПЗС-матрицами 10. ДЕТЕКТОРЫ РАДИОАКТИВНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ 10.1. Сцинтилляционные детекторы 10.2. Ионизационные детекторы 10.2.1. Ионизационные камеры 10.2.2. Пропорциональные камеры 10.2.3. Счетчики Гейгера – Мюллера 10.2.4. Полупроводниковые детекторы радиоактивности 10.2.5. Принципы работы, материалы и конструкции полупроводниковых детекторов радиоактивного излучения 11. АКТЮАТОРЫ 11.1. Интегральные микрозеркала с электростатической активацией 11.2. Волоконно-оптические переключатели 11.3. Матрицы микрозеркал на кремниевом чипе 12. ПЕРСПЕКТИВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ В МИКРОСЕНСОРИКЕ 12.1. Графен и его структурные особенности 12.2. Газоанализаторы на основе графена 12.2.1. Газочувствительность пленок графена на полуизолирующем SiC к NO2 и парам C2H5OH 12.2.2. Датчики на основе взаимодействия графена с аналитами 13. ДАТЧИКИ В ВАКУУМНО-ПЛАЗМЕННОЙ ТЕХНИКЕ И ТЕХНОЛОГИИ 13.1. Вакуумные датчики 13.1.1. Классификация датчиков и методы измерения вакуума 13.1.2. Тепловые датчики 13.1.3. Ионизационные датчики 13.1.4. Баратроны 13.1.5. Течеискание 13.1.5.1. Основные методы контроля герметичности Вакуумный метод Глубоковакуумный метод Метод щупа (метод избыточного давления) 13.1.5.2. Масс-спектрометр Общая схема метода масс-спектрометрии Обработка результатов Основные технологические использования масс-анализаторов 13.2. Кварцевый датчик измерения толщины пленок в процессе создания 13.2.1. Пьзоэлектрический эффект 13.2.2. Пьезоэлементы на основе кварца 13.2.3. Резонансная частота кварца 13.2.4. Метод измерения масс 13.2.5. Кварцевый сенсор ПРИЛОЖЕНИЕ ЛИТЕРАТУРА