1 / 74

Outline

Outline. Introduction What is a sensor? What is a semiconductor? Why are semiconductors good candidates for sensors? Semiconductor physics Working principles and applications Future trends. - noe om objectives med arbeidet må sies tidlig!

tirzah
Download Presentation

Outline

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. Outline • Introduction • What is a sensor? • What is a semiconductor? • Why are semiconductors good candidates for sensors? • Semiconductor physics • Working principles and applications • Future trends - noe om objectives med arbeidet må sies tidlig! NB! Fokuser mere på hva som er nytt i dette arbeidet, istedenfor å vise masse forskjellige enkeltting. Se på konklusjoner, objectives osv. for å se hva det er som er nytt!! - Egenmoder: Nytt at ny mode klassifiserings system. Resp.fu: Nytt at systematisk vist. - Frontlag: Mye nytt og spennende

  2. What is a sensor? “A device which provides a usable output in response to a specified measurand” - noe om objectives med arbeidet må sies tidlig! NB! Fokuser mere på hva som er nytt i dette arbeidet, istedenfor å vise masse forskjellige enkeltting. Se på konklusjoner, objectives osv. for å se hva det er som er nytt!! - Egenmoder: Nytt at ny mode klassifiserings system. Resp.fu: Nytt at systematisk vist. - Frontlag: Mye nytt og spennende electrical quantity ANSI Standard MC6.1-1975: physical, chemical or biochemicalquantity, property or condition

  3. What is a semiconductor? • Materials categorised by ability to conduct electricity : - noe om objectives med arbeidet må sies tidlig! NB! Fokuser mere på hva som er nytt i dette arbeidet, istedenfor å vise masse forskjellige enkeltting. Se på konklusjoner, objectives osv. for å se hva det er som er nytt!! - Egenmoder: Nytt at ny mode klassifiserings system. Resp.fu: Nytt at systematisk vist. - Frontlag: Mye nytt og spennende Good conductor Poor conductor Insulators Semiconductors Metals Carbon (C)GlassMost plastics Silicon (Si) Germanium (Ge)Gallium arsenide (GaAs) Gold (Au)Copper (Cu)Aluminium (Al) Usually: poor conductors Can become better conductors under certain conditions Variation in conductivity withexternal stimuli exploited forsensor purposes.

  4. Why use semiconductors as sensors? • Semiconductors good candidates for many types of sensors: • Semiconductors electrical behaviour change in response to: • Electric fields • Temperature variations • Radiation • Mechanical stress/strain • Magnetic fields • Chemical conditions • Micromachining: possible to make small sensors • apply standard production methods from the IC industry • possible to produce thousands of sensors in one run • high performance-to-cost ratio • smart sensors: integrate with microelectronic circuits - noe om objectives med arbeidet må sies tidlig! NB! Fokuser mere på hva som er nytt i dette arbeidet, istedenfor å vise masse forskjellige enkeltting. Se på konklusjoner, objectives osv. for å se hva det er som er nytt!! - Egenmoder: Nytt at ny mode klassifiserings system. Resp.fu: Nytt at systematisk vist. - Frontlag: Mye nytt og spennende

  5. Energy band (allowed energy levels) Energy gap (forbidden energy levels) Energy Energy Energy band (allowed energy levels) Solids Atoms Semiconductor Physics • Conduction effect linked to band structure of materials • Atoms: • discreet allowed energy levels for electrons - noe om objectives med arbeidet må sies tidlig! NB! Fokuser mere på hva som er nytt i dette arbeidet, istedenfor å vise masse forskjellige enkeltting. Se på konklusjoner, objectives osv. for å se hva det er som er nytt!! - Egenmoder: Nytt at ny mode klassifiserings system. Resp.fu: Nytt at systematisk vist. - Frontlag: Mye nytt og spennende • Solids: • energy levels broaden into energy bands • energy bands separated by energy band gaps

  6. Next higher energy band:conduction band Eg : Energy gap Energy Highest occupied energy band: valence band Semiconductor Physics • Conduction effect linked to band structure of materials • Atoms: • discreet allowed energy levels for electrons - noe om objectives med arbeidet må sies tidlig! NB! Fokuser mere på hva som er nytt i dette arbeidet, istedenfor å vise masse forskjellige enkeltting. Se på konklusjoner, objectives osv. for å se hva det er som er nytt!! - Egenmoder: Nytt at ny mode klassifiserings system. Resp.fu: Nytt at systematisk vist. - Frontlag: Mye nytt og spennende • Solids: • energy levels broaden into energy bands • energy bands separated by energy band gaps

  7. Next higher energy band:conduction band Energy Highest occupied energy band: valence band Semiconductor Physics • Conduction effect linked to band structure of materials • Atoms: • discreet allowed energy levels for electrons - noe om objectives med arbeidet må sies tidlig! NB! Fokuser mere på hva som er nytt i dette arbeidet, istedenfor å vise masse forskjellige enkeltting. Se på konklusjoner, objectives osv. for å se hva det er som er nytt!! - Egenmoder: Nytt at ny mode klassifiserings system. Resp.fu: Nytt at systematisk vist. - Frontlag: Mye nytt og spennende • Solids: • energy levels broaden into energy bands • energy bands separated by energy band gaps • Metals: no energy gap: change state easily

  8. Next higher energy band:conduction band Eg : Energy gap Energy Highest occupied energy band: valence band Semiconductor Physics • Conduction effect linked to band structure of materials • Atoms: • discreet allowed energy levels for electrons - noe om objectives med arbeidet må sies tidlig! NB! Fokuser mere på hva som er nytt i dette arbeidet, istedenfor å vise masse forskjellige enkeltting. Se på konklusjoner, objectives osv. for å se hva det er som er nytt!! - Egenmoder: Nytt at ny mode klassifiserings system. Resp.fu: Nytt at systematisk vist. - Frontlag: Mye nytt og spennende • Solids: • energy levels broaden into energy bands • energy bands separated by energy band gaps • Metals: no energy gap: change state easily • Insulators: large energy gap (Eg > 2-3 eV)

  9. Next higher energy band:conduction band Eg : Energy gap Energy Highest occupied energy band: valence band Semiconductor Physics • Conduction effect linked to band structure of materials • Atoms: • discreet allowed energy levels for electrons - noe om objectives med arbeidet må sies tidlig! NB! Fokuser mere på hva som er nytt i dette arbeidet, istedenfor å vise masse forskjellige enkeltting. Se på konklusjoner, objectives osv. for å se hva det er som er nytt!! - Egenmoder: Nytt at ny mode klassifiserings system. Resp.fu: Nytt at systematisk vist. - Frontlag: Mye nytt og spennende • Solids: • energy levels broaden into energy bands • energy bands separated by energy band gaps • Metals: no energy gap: change state easily • Insulators: large energy gap (Eg > 2-3 eV) • Semiconductors: small energy gap (Eg < 1-2 eV)

  10. T=0 : No electrons in conduction band Semiconductor does not conduct electric current when electric field applied conduction band Eg : Energy gap Energy Semiconductor Physics • How do semiconductors conduct electric current? - noe om objectives med arbeidet må sies tidlig! NB! Fokuser mere på hva som er nytt i dette arbeidet, istedenfor å vise masse forskjellige enkeltting. Se på konklusjoner, objectives osv. for å se hva det er som er nytt!! - Egenmoder: Nytt at ny mode klassifiserings system. Resp.fu: Nytt at systematisk vist. - Frontlag: Mye nytt og spennende

  11. Semiconductor Physics • How do semiconductors conduct electric current? - noe om objectives med arbeidet må sies tidlig! NB! Fokuser mere på hva som er nytt i dette arbeidet, istedenfor å vise masse forskjellige enkeltting. Se på konklusjoner, objectives osv. for å se hva det er som er nytt!! - Egenmoder: Nytt at ny mode klassifiserings system. Resp.fu: Nytt at systematisk vist. - Frontlag: Mye nytt og spennende Increased T: Electrons thermally excited to conduction band Semiconductor conducts electric current when electric field applied conduction band Electrons Probability per unit time that anelectron-hole pair is generated: p(T) = C T2/3 exp ( -Eg / 2kT ) Eg : Energy gap Holes Energy

  12. Semiconductor Physics • How do semiconductors conduct electric current? - noe om objectives med arbeidet må sies tidlig! NB! Fokuser mere på hva som er nytt i dette arbeidet, istedenfor å vise masse forskjellige enkeltting. Se på konklusjoner, objectives osv. for å se hva det er som er nytt!! - Egenmoder: Nytt at ny mode klassifiserings system. Resp.fu: Nytt at systematisk vist. - Frontlag: Mye nytt og spennende Applied electric field conduction band Electrons Uniform electric field appliedConstant gradient of conduction and valence band edges Electrons and holes move in opposite directions Holes Energy

  13. Donors:- Add atom with one extra valence electron.- Increased number of electrons in conduction band.- Ex: Add Phosphorus atoms to Silicon n-type Energy p-type Energy Semiconductor Physics • Acceptors:- Add atoms with one valence electron less.- Increase number of holes in valence band.- Ex: Add Aluminum atoms to Silicon • Possible to provide extra charge carriers in semiconductors: • Addition of impurity atoms to a semiconductor - noe om objectives med arbeidet må sies tidlig! NB! Fokuser mere på hva som er nytt i dette arbeidet, istedenfor å vise masse forskjellige enkeltting. Se på konklusjoner, objectives osv. for å se hva det er som er nytt!! - Egenmoder: Nytt at ny mode klassifiserings system. Resp.fu: Nytt at systematisk vist. - Frontlag: Mye nytt og spennende

  14. n-type p-type (extra electrons) (extra holes) Energy Semiconductor Physics • pn - junction: important semiconductor device - noe om objectives med arbeidet må sies tidlig! NB! Fokuser mere på hva som er nytt i dette arbeidet, istedenfor å vise masse forskjellige enkeltting. Se på konklusjoner, objectives osv. for å se hva det er som er nytt!! - Egenmoder: Nytt at ny mode klassifiserings system. Resp.fu: Nytt at systematisk vist. - Frontlag: Mye nytt og spennende

  15. Semiconductor Physics • pn - junction: important semiconductor device Electrons diffusefrom n-type to p-type - noe om objectives med arbeidet må sies tidlig! NB! Fokuser mere på hva som er nytt i dette arbeidet, istedenfor å vise masse forskjellige enkeltting. Se på konklusjoner, objectives osv. for å se hva det er som er nytt!! - Egenmoder: Nytt at ny mode klassifiserings system. Resp.fu: Nytt at systematisk vist. - Frontlag: Mye nytt og spennende n-type p-type (extra electrons) (extra holes) Energy

  16. Semiconductor Physics • pn - junction: important semiconductor device - noe om objectives med arbeidet må sies tidlig! NB! Fokuser mere på hva som er nytt i dette arbeidet, istedenfor å vise masse forskjellige enkeltting. Se på konklusjoner, objectives osv. for å se hva det er som er nytt!! - Egenmoder: Nytt at ny mode klassifiserings system. Resp.fu: Nytt at systematisk vist. - Frontlag: Mye nytt og spennende small region of fixed positive charge equilibrium:depletionzone small region of fixednegative charge n-type p-type ––– +++ (extra electrons) (extra holes) Energy - Built-in potential: Strong electric field- Opposes flow of charge carriers

  17. Semiconductor Physics • pn - junction: important semiconductor device - noe om objectives med arbeidet må sies tidlig! NB! Fokuser mere på hva som er nytt i dette arbeidet, istedenfor å vise masse forskjellige enkeltting. Se på konklusjoner, objectives osv. for å se hva det er som er nytt!! - Egenmoder: Nytt at ny mode klassifiserings system. Resp.fu: Nytt at systematisk vist. - Frontlag: Mye nytt og spennende What happens whenvoltage applied? equilibrium:depletionzone n-type p-type – + ––– +++ (extra electrons) (extra holes) Energy

  18. Semiconductor Physics • pn - junction: important semiconductor device Decreased potential barrierCurrent flows - noe om objectives med arbeidet må sies tidlig! NB! Fokuser mere på hva som er nytt i dette arbeidet, istedenfor å vise masse forskjellige enkeltting. Se på konklusjoner, objectives osv. for å se hva det er som er nytt!! - Egenmoder: Nytt at ny mode klassifiserings system. Resp.fu: Nytt at systematisk vist. - Frontlag: Mye nytt og spennende equilibrium:depletionzone Forward biased: n-type p-type – + ––– +++ (extra electrons) (extra holes) Energy

  19. Semiconductor Physics • pn - junction: important semiconductor device Increased potential barrier No current flows - noe om objectives med arbeidet må sies tidlig! NB! Fokuser mere på hva som er nytt i dette arbeidet, istedenfor å vise masse forskjellige enkeltting. Se på konklusjoner, objectives osv. for å se hva det er som er nytt!! - Egenmoder: Nytt at ny mode klassifiserings system. Resp.fu: Nytt at systematisk vist. - Frontlag: Mye nytt og spennende equilibrium:depletionzone Reverse biased: n-type p-type – + ––– +++ (extra electrons) (extra holes) Energy

  20. Semiconductor Physics • pn - junction: important semiconductor device - noe om objectives med arbeidet må sies tidlig! NB! Fokuser mere på hva som er nytt i dette arbeidet, istedenfor å vise masse forskjellige enkeltting. Se på konklusjoner, objectives osv. for å se hva det er som er nytt!! - Egenmoder: Nytt at ny mode klassifiserings system. Resp.fu: Nytt at systematisk vist. - Frontlag: Mye nytt og spennende Pn - junction is a diode: Conducts current in one direction but not in the other I Reverse biased Forward biased V photodiode thermodiode

  21. Mechanical stimuli Radiation stimuli Magnetical stimuli semiconductor Thermal stimuli Chemical stimuli Change in electrical properties of semiconductor Semiconductor sensors working principles - noe om objectives med arbeidet må sies tidlig! NB! Fokuser mere på hva som er nytt i dette arbeidet, istedenfor å vise masse forskjellige enkeltting. Se på konklusjoner, objectives osv. for å se hva det er som er nytt!! - Egenmoder: Nytt at ny mode klassifiserings system. Resp.fu: Nytt at systematisk vist. - Frontlag: Mye nytt og spennende

  22. Thermal effects Thermal Radiant Mechanical Magnetic Chemical • Thermal effects exploited in semiconductor sensors: • Direct use of variation in electrical conductivity with temperature • Seebeck effect (thermoelectric effect) • Nernst effect (temperature gradients in semiconductors in a magnetic field) Temperature variations - noe om objectives med arbeidet må sies tidlig! NB! Fokuser mere på hva som er nytt i dette arbeidet, istedenfor å vise masse forskjellige enkeltting. Se på konklusjoner, objectives osv. for å se hva det er som er nytt!! - Egenmoder: Nytt at ny mode klassifiserings system. Resp.fu: Nytt at systematisk vist. - Frontlag: Mye nytt og spennende Variation in electrical behaviourof semiconductor

  23. More electrons thermally excited to conduction band increased conductivity • Interatomic distance between atoms increases decreased potential seen by electrons •  decreased bandgap Eg •  increased conductivity Energy Eg • Increased density of phonons  decreased charge carrier mobility decreased conductivity Energy Thermal effects Thermal Radiant Mechanical Magnetic Chemical • Physical principles: Increased temperature leads to: - noe om objectives med arbeidet må sies tidlig! NB! Fokuser mere på hva som er nytt i dette arbeidet, istedenfor å vise masse forskjellige enkeltting. Se på konklusjoner, objectives osv. for å se hva det er som er nytt!! - Egenmoder: Nytt at ny mode klassifiserings system. Resp.fu: Nytt at systematisk vist. - Frontlag: Mye nytt og spennende • Doping influences on conductivity as function of temperature

  24. Thermal effects Thermal Radiant Mechanical Magnetic Chemical • Example: Temperature dependency of resistivity for n-type Silicon - noe om objectives med arbeidet må sies tidlig! NB! Fokuser mere på hva som er nytt i dette arbeidet, istedenfor å vise masse forskjellige enkeltting. Se på konklusjoner, objectives osv. for å se hva det er som er nytt!! - Egenmoder: Nytt at ny mode klassifiserings system. Resp.fu: Nytt at systematisk vist. - Frontlag: Mye nytt og spennende Carrier mobilitydominates 100 10 1 0.1 Resistivity  [ cm] Carrier generationdominates 0 100 200 300 400 500 Temperature [oK]

  25. Thermal effects Thermal Radiant Mechanical Magnetic Chemical • Thermal sensor examples: • Thermoresistive sensor: slab of semiconducting material • Thermodiode: pn-junction • Thermocouple: Seebeck effect - noe om objectives med arbeidet må sies tidlig! NB! Fokuser mere på hva som er nytt i dette arbeidet, istedenfor å vise masse forskjellige enkeltting. Se på konklusjoner, objectives osv. for å se hva det er som er nytt!! - Egenmoder: Nytt at ny mode klassifiserings system. Resp.fu: Nytt at systematisk vist. - Frontlag: Mye nytt og spennende

  26. I V+ semiconductor Thermal effects Thermal Radiant Mechanical Magnetic Chemical • Thermal sensor examples: • Thermoresistive sensors • Use temperature variation in electrical conductivity of semiconductor directly - noe om objectives med arbeidet må sies tidlig! NB! Fokuser mere på hva som er nytt i dette arbeidet, istedenfor å vise masse forskjellige enkeltting. Se på konklusjoner, objectives osv. for å se hva det er som er nytt!! - Egenmoder: Nytt at ny mode klassifiserings system. Resp.fu: Nytt at systematisk vist. - Frontlag: Mye nytt og spennende

  27. Thermal effects Thermal Radiant Mechanical Magnetic Chemical • Thermal sensor examples: • Thermoresistive sensors • Use temperature variation in electrical conductivity of semiconductor directly - noe om objectives med arbeidet må sies tidlig! NB! Fokuser mere på hva som er nytt i dette arbeidet, istedenfor å vise masse forskjellige enkeltting. Se på konklusjoner, objectives osv. for å se hva det er som er nytt!! - Egenmoder: Nytt at ny mode klassifiserings system. Resp.fu: Nytt at systematisk vist. - Frontlag: Mye nytt og spennende I V+ semiconductor • Example application: • Temperature measurement • Problem: • Not very sensitive • Nonlinear response

  28. n-type p-type ––– +++ I : constant V Thermal effects Thermal Radiant Mechanical Magnetic Chemical • Thermal sensor examples: • Temperature dependent diode • pn-junction connected to constant-current generator  resulting voltage is measure of junction temperature. • Number of charge carriers generated in depletion region varies with T - noe om objectives med arbeidet må sies tidlig! NB! Fokuser mere på hva som er nytt i dette arbeidet, istedenfor å vise masse forskjellige enkeltting. Se på konklusjoner, objectives osv. for å se hva det er som er nytt!! - Egenmoder: Nytt at ny mode klassifiserings system. Resp.fu: Nytt at systematisk vist. - Frontlag: Mye nytt og spennende

  29. n-type p-type ––– +++ I : constant V Thermal effects Thermal Radiant Mechanical Magnetic Chemical • Thermal sensor examples: • Temperature dependent diode • pn-junction connected to constant-current generator  resulting voltage is measure of junction temperature. • Number of charge carriers generated in depletion region varies with T - noe om objectives med arbeidet må sies tidlig! NB! Fokuser mere på hva som er nytt i dette arbeidet, istedenfor å vise masse forskjellige enkeltting. Se på konklusjoner, objectives osv. for å se hva det er som er nytt!! - Egenmoder: Nytt at ny mode klassifiserings system. Resp.fu: Nytt at systematisk vist. - Frontlag: Mye nytt og spennende • Example applications: • Temperature measurement, infrared radiation sensor • More sensitive than thermoresistor. High degree of linearity.

  30. T + T T semiconductor A hotpoint coldpoint Thermal effects Thermal Radiant Mechanical Magnetic Chemical • Thermal sensor examples: • Thermocouples (Seebeck effect: thermoelectric effect) - noe om objectives med arbeidet må sies tidlig! NB! Fokuser mere på hva som er nytt i dette arbeidet, istedenfor å vise masse forskjellige enkeltting. Se på konklusjoner, objectives osv. for å se hva det er som er nytt!! - Egenmoder: Nytt at ny mode klassifiserings system. Resp.fu: Nytt at systematisk vist. - Frontlag: Mye nytt og spennende • Different bandgap size at hot HOT and COLD point • Different number of charge carriers at HOT and COLD point • Phonon drag from HOT to COLD point •  Electric voltage generated between HOT and COLD point

  31. Thermal effects Thermal Radiant Mechanical Magnetic Chemical • Thermal sensor examples: • Thermocouples (Seebeck effect: thermoelectric effect) - noe om objectives med arbeidet må sies tidlig! NB! Fokuser mere på hva som er nytt i dette arbeidet, istedenfor å vise masse forskjellige enkeltting. Se på konklusjoner, objectives osv. for å se hva det er som er nytt!! - Egenmoder: Nytt at ny mode klassifiserings system. Resp.fu: Nytt at systematisk vist. - Frontlag: Mye nytt og spennende T + T T semiconductor A V hotpoint coldpoint semiconductor B • Different bandgap size at hot HOT and COLD point • Different number of charge carriers at HOT and COLD point • Phonon drag from HOT to COLD point •  Electric voltage generated between HOT and COLD point • Two semiconductors with different properties: • Different Seebeck effect in each  Measurable voltage difference • Example applications: • temperature measurements, infrared radiation sensors, flow measurements

  32. Mechanical effects Thermal Radiant Mechanical Magnetic Chemical • Mechanical effects exploited in semiconductor sensors: • Piezoresistivity - variation in resistivity with applied stress/strain • Lateral photoelectric effect • Lateral photovoltaic effect Applied mechanical stress/strain - noe om objectives med arbeidet må sies tidlig! NB! Fokuser mere på hva som er nytt i dette arbeidet, istedenfor å vise masse forskjellige enkeltting. Se på konklusjoner, objectives osv. for å se hva det er som er nytt!! - Egenmoder: Nytt at ny mode klassifiserings system. Resp.fu: Nytt at systematisk vist. - Frontlag: Mye nytt og spennende Variation in electrical behaviourof semiconductor

  33. Mechanical effects Thermal Radiant Mechanical Magnetic Chemical • Physical principles: Applied mechanical stress leads to: - noe om objectives med arbeidet må sies tidlig! NB! Fokuser mere på hva som er nytt i dette arbeidet, istedenfor å vise masse forskjellige enkeltting. Se på konklusjoner, objectives osv. for å se hva det er som er nytt!! - Egenmoder: Nytt at ny mode klassifiserings system. Resp.fu: Nytt at systematisk vist. - Frontlag: Mye nytt og spennende  Interatomic distance between atoms decreases  increases potential seen by electrons  bandgap Eg increases  decreased conductivity  Piezoresistive effect: • Much stronger effect than  and  • Explained by many-valley model: • Strain on crystal structure deforms energy bandstructure • Asymmetry of 3D band structure of semiconductor. • Leads to decreased conductivity when stress applied in certain directions  Variation in mobility and number of charge carriers  increased/decreased conductivity

  34. Mechanical effects Thermal Radiant Mechanical Magnetic Chemical • Relative change in resistivity proportional to mechanical stress - noe om objectives med arbeidet må sies tidlig! NB! Fokuser mere på hva som er nytt i dette arbeidet, istedenfor å vise masse forskjellige enkeltting. Se på konklusjoner, objectives osv. for å se hva det er som er nytt!! - Egenmoder: Nytt at ny mode klassifiserings system. Resp.fu: Nytt at systematisk vist. - Frontlag: Mye nytt og spennende ij Applied mechanicalstress Relative changein resistivity = · n-type p-type Silicon Silicon 11 -102.2 +6.6 12 +53.4 -1.1 44 -13.6 +138.1 ·10-11 Pa -1 ·10-11 Pa -1

  35. Mechanical effects Thermal Radiant Mechanical Magnetic Chemical • Mechanical sensor examples: • Piezoresistive pressure sensor • Piezoresistive accelerometer - noe om objectives med arbeidet må sies tidlig! NB! Fokuser mere på hva som er nytt i dette arbeidet, istedenfor å vise masse forskjellige enkeltting. Se på konklusjoner, objectives osv. for å se hva det er som er nytt!! - Egenmoder: Nytt at ny mode klassifiserings system. Resp.fu: Nytt at systematisk vist. - Frontlag: Mye nytt og spennende

  36. Mechanical effects Thermal Radiant Mechanical Magnetic Chemical • Mechanical sensor examples: • Pressure sensor • Use piezoresistive effect to measure pressure: - noe om objectives med arbeidet må sies tidlig! NB! Fokuser mere på hva som er nytt i dette arbeidet, istedenfor å vise masse forskjellige enkeltting. Se på konklusjoner, objectives osv. for å se hva det er som er nytt!! - Egenmoder: Nytt at ny mode klassifiserings system. Resp.fu: Nytt at systematisk vist. - Frontlag: Mye nytt og spennende • Compression of thin film  compression of piezoresistive material  electrical conductivity varies  electric potential over electrodes varies • Example applications: • Tire pressure sensor, fuel injection pressure measurement, Altimeter, Blood pressure sensor (intravascular - ultraminorized)

  37. R1-R4: piezoresistive materials Mechanical effects Thermal Radiant Mechanical Magnetic Chemical • Mechanical sensor examples: • Accelerometer • Use piezoresistive effect to detect movement of a mass. - noe om objectives med arbeidet må sies tidlig! NB! Fokuser mere på hva som er nytt i dette arbeidet, istedenfor å vise masse forskjellige enkeltting. Se på konklusjoner, objectives osv. for å se hva det er som er nytt!! - Egenmoder: Nytt at ny mode klassifiserings system. Resp.fu: Nytt at systematisk vist. - Frontlag: Mye nytt og spennende • Displacement of mass  compressionof piezoresistive materials  electricalconductivity varies  Voltage difference measured • All three components of acceleration may be measured simultanously • Example applications: • Airbag systems, ABS brakes, Vibration measurement devices, Seismeters, Robots

  38. Radiation effects Thermal Radiant Mechanical Magnetic Chemical • Radiation effects exploited in semiconductor sensors: • Photoelectric effect • Photoconductivity • Photovoltaic effect • Photomagnetoelectric effect Incident electromagnetic radiationor charged high-energy particles - noe om objectives med arbeidet må sies tidlig! NB! Fokuser mere på hva som er nytt i dette arbeidet, istedenfor å vise masse forskjellige enkeltting. Se på konklusjoner, objectives osv. for å se hva det er som er nytt!! - Egenmoder: Nytt at ny mode klassifiserings system. Resp.fu: Nytt at systematisk vist. - Frontlag: Mye nytt og spennende Variation in electrical behaviourof semiconductor

  39. Electromagnetic radiation electron excited to conduction band electron-hole pair generated increased conductivity • Charged high-energy particles ionization of many electron- hole pairs increased conductivity photonEph > Eg Q ionization of many electron-hole pairs along track of high-energy particle electron-hole pair(s) generationdue to light absorption Radiation effects Thermal Radiant Mechanical Magnetic Chemical • Physical principles: Two different types of ionizing radiation: - noe om objectives med arbeidet må sies tidlig! NB! Fokuser mere på hva som er nytt i dette arbeidet, istedenfor å vise masse forskjellige enkeltting. Se på konklusjoner, objectives osv. for å se hva det er som er nytt!! - Egenmoder: Nytt at ny mode klassifiserings system. Resp.fu: Nytt at systematisk vist. - Frontlag: Mye nytt og spennende

  40. Radiation effects Thermal Radiant Mechanical Magnetic Chemical • Sensor material for electromagnetic radiation selected by wavelength • Operating range of sensors employing semiconductor materials: - noe om objectives med arbeidet må sies tidlig! NB! Fokuser mere på hva som er nytt i dette arbeidet, istedenfor å vise masse forskjellige enkeltting. Se på konklusjoner, objectives osv. for å se hva det er som er nytt!! - Egenmoder: Nytt at ny mode klassifiserings system. Resp.fu: Nytt at systematisk vist. - Frontlag: Mye nytt og spennende Ultraviolet Visible Near IR IR (Infrared) Wavelength (m) 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 2 4 6 8 10 20 Si GaAsP GaP CdS Ge PbS HgCdTe (77K)

  41. Radiation effects Thermal Radiant Mechanical Magnetic Chemical • Radiation sensor examples: • Photoresistor • Photodiode - noe om objectives med arbeidet må sies tidlig! NB! Fokuser mere på hva som er nytt i dette arbeidet, istedenfor å vise masse forskjellige enkeltting. Se på konklusjoner, objectives osv. for å se hva det er som er nytt!! - Egenmoder: Nytt at ny mode klassifiserings system. Resp.fu: Nytt at systematisk vist. - Frontlag: Mye nytt og spennende

  42. I V+ semiconductor Radiation effects Thermal Radiant Mechanical Magnetic Chemical • Radiation sensor examples: • Photoresistor • Use photoconductive effect to detect radiation - noe om objectives med arbeidet må sies tidlig! NB! Fokuser mere på hva som er nytt i dette arbeidet, istedenfor å vise masse forskjellige enkeltting. Se på konklusjoner, objectives osv. for å se hva det er som er nytt!! - Egenmoder: Nytt at ny mode klassifiserings system. Resp.fu: Nytt at systematisk vist. - Frontlag: Mye nytt og spennende

  43. – + Radiation effects Thermal Radiant Mechanical Magnetic Chemical • Radiation sensor examples: • Photoresistors • Use photoconductive effect to detect radiation - noe om objectives med arbeidet må sies tidlig! NB! Fokuser mere på hva som er nytt i dette arbeidet, istedenfor å vise masse forskjellige enkeltting. Se på konklusjoner, objectives osv. for å se hva det er som er nytt!! - Egenmoder: Nytt at ny mode klassifiserings system. Resp.fu: Nytt at systematisk vist. - Frontlag: Mye nytt og spennende photon I V+ semiconductor

  44. – + Radiation effects Thermal Radiant Mechanical Magnetic Chemical • Radiation sensor examples: • Photoresistors • Use photoconductive effect to detect radiation - noe om objectives med arbeidet må sies tidlig! NB! Fokuser mere på hva som er nytt i dette arbeidet, istedenfor å vise masse forskjellige enkeltting. Se på konklusjoner, objectives osv. for å se hva det er som er nytt!! - Egenmoder: Nytt at ny mode klassifiserings system. Resp.fu: Nytt at systematisk vist. - Frontlag: Mye nytt og spennende photon photon I V+ – + semiconductor

  45. – + Radiation effects Thermal Radiant Mechanical Magnetic Chemical • Radiation sensor examples: • Photoresistors • Use photoconductive effect to detect radiation - noe om objectives med arbeidet må sies tidlig! NB! Fokuser mere på hva som er nytt i dette arbeidet, istedenfor å vise masse forskjellige enkeltting. Se på konklusjoner, objectives osv. for å se hva det er som er nytt!! - Egenmoder: Nytt at ny mode klassifiserings system. Resp.fu: Nytt at systematisk vist. - Frontlag: Mye nytt og spennende photon photon photon I V+ – + – + semiconductor • Electron-hole pairs generated due to incoming photons  electrical conductivity of semiconductor increases  electrical current increases • Example applications: • detection of light. • Problem with piezoresistors: high leakage current, slow response time

  46. – – – – – – + + + + + + Radiation effects Thermal Radiant Mechanical Magnetic Chemical • Radiation sensor examples: • Photoresistors • Use photoconductive effect to detect radiation - noe om objectives med arbeidet må sies tidlig! NB! Fokuser mere på hva som er nytt i dette arbeidet, istedenfor å vise masse forskjellige enkeltting. Se på konklusjoner, objectives osv. for å se hva det er som er nytt!! - Egenmoder: Nytt at ny mode klassifiserings system. Resp.fu: Nytt at systematisk vist. - Frontlag: Mye nytt og spennende I Q V+ semiconductor • Corresponding effect for charged high-energy particles • Large number of electron-hole pairs generated • Example applications: • particle detectors (seldom used in practice)

  47. n-type p-type I V+ depletion zone Radiation effects Thermal Radiant Mechanical Magnetic Chemical • Radiation sensor examples: • Photodiode / pn-junction - reverse biased • Uses photoconductive effect to detect radiation. - noe om objectives med arbeidet må sies tidlig! NB! Fokuser mere på hva som er nytt i dette arbeidet, istedenfor å vise masse forskjellige enkeltting. Se på konklusjoner, objectives osv. for å se hva det er som er nytt!! - Egenmoder: Nytt at ny mode klassifiserings system. Resp.fu: Nytt at systematisk vist. - Frontlag: Mye nytt og spennende

  48. photon photon – + – + Radiation effects Thermal Radiant Mechanical Magnetic Chemical • Radiation sensor examples: • Photodiode / pn-junction - reverse biased • Uses photoconductive effect to detect radiation. - noe om objectives med arbeidet må sies tidlig! NB! Fokuser mere på hva som er nytt i dette arbeidet, istedenfor å vise masse forskjellige enkeltting. Se på konklusjoner, objectives osv. for å se hva det er som er nytt!! - Egenmoder: Nytt at ny mode klassifiserings system. Resp.fu: Nytt at systematisk vist. - Frontlag: Mye nytt og spennende n-type p-type I V+ depletion zone • Electron-hole pairs generated due to incoming photons  electrons flow towards positive terminals / holes towards negative  photocurrent flows • Example applications: • Digital cameras (Silicon CCD color sensors), infrared radiation detectors, fax machines

  49. photon photon – + – + Radiation effects Thermal Radiant Mechanical Magnetic Chemical • Radiation sensor examples: • Photodiode / pn-junction - reverse biased • Uses photoconductive effect to detect radiation. - noe om objectives med arbeidet må sies tidlig! NB! Fokuser mere på hva som er nytt i dette arbeidet, istedenfor å vise masse forskjellige enkeltting. Se på konklusjoner, objectives osv. for å se hva det er som er nytt!! - Egenmoder: Nytt at ny mode klassifiserings system. Resp.fu: Nytt at systematisk vist. - Frontlag: Mye nytt og spennende n-type p-type I V+ depletion zone • Useful properties: • sensitive, fast response times and excellent linearity • sensible to different wavelengths by using different materials • possible to produce small units using standard IC technology • may also be used in photovoltaic mode without biasing

More Related