MIKROELEKTRONIKAI ÉRZÉKELŐK I



Hasonló dokumentumok
Speciális passzív eszközök

Mikro- és nanotechnika I. - Laboratóriumi mérések

MIKROELEKTRONIKAI ÉRZÉKELİK I

Mérés és adatgyűjtés

Bevezetés az analóg és digitális elektronikába. V. Félvezető diódák

PN átmenet kivitele. (B, Al, Ga, In) (P, As, Sb) A=anód, K=katód

G04 előadás Napelem technológiák és jellemzőik. Szent István Egyetem Gödöllő

Mechanikai érzékelők I. Érzékelési módszerek

2. Laboratóriumi gyakorlat A TERMISZTOR. 1. A gyakorlat célja. 2. Elméleti bevezető

9. Laboratóriumi gyakorlat NYOMÁSÉRZÉKELŐK

SZENZOROK ÉS MIKROÁRAMKÖRÖK

Elektromos áram. Vezetési jelenségek

MIKROELEKTRONIKAI ÉRZÉKELİK I

MÉRÉSI UTASÍTÁS. A jelenségek egyértelmű leírásához, a hőmérsékleti skálán fix pontokat kellett kijelölni. Ilyenek a jégpont, ill. a gőzpont.

Orvosi jelfeldolgozás. Információ. Információtartalom. Jelek osztályozása De, mi az a jel?

9. Gyakorlat - Optoelektronikai áramköri elemek

MIKROELEKTRONIKAI ÉRZÉKELİK I

Valódi mérések virtuális műszerekkel

A töltőfolyadék térfogatváltozása alapján, egy viszonyítási skála segítségével határozható meg a hőmérséklet.

Zener dióda karakterisztikáinak hőmérsékletfüggése

5. Laboratóriumi gyakorlat. A p-n ÁTMENET HŐMÉRSÉKLETFÜGGÉSE

8. Mérések napelemmel

Munkagázok hatása a hegesztési technológiára és a hegesztési kötésre a CO 2 és a szilárdtest lézersugaras hegesztéseknél

MIKROELEKTRONIKAI ÉS TECHNOLÓGIAI INTÉZET

Az Ohm törvény. Ellenállás karakterisztikája. A feszültség és az áramerősség egymással egyenesen arányos, tehát hányadosuk állandó.

Mérésadatgyűjtés, jelfeldolgozás.

Jegyzetelési segédlet 8.

HŐMÉRSÉKLETMÉRÉS. Elsődleges etalonok / fix pontok / 1064,00 C Arany dermedéspontja. 961,93 C Ezüst dermedéspontja. 444,60 C Kén olvadáspontja


-A homogén detektorok közül a gyakorlatban a Si és a Ge egykristályból készültek a legelterjedtebbek.

Röntgensugárzás az orvostudományban. Röntgen kép és Komputer tomográf (CT)

MÉRÉSI JEGYZŐKÖNYV. A mérés megnevezése: Potenciométerek, huzalellenállások és ellenállás-hőmérők felépítésének és működésének gyakorlati vizsgálata

A II. kategória Fizika OKTV mérési feladatainak megoldása

Sugárzás mérés. PTE Pollack Mihály Műszaki és Informatikai Kar DR. GYURCSEK ISTVÁN

3. Laboratóriumi gyakorlat A HŐELLENÁLLÁS

SZENZOROK ÉS MIKROÁRAMKÖRÖK 7. ELŐADÁS: OPTIKAI SUGÁRZÁSÉRZÉKELŐK II.

III. félvezetők elméleti kérdések 1 1.) Milyen csoportokba sorolhatók az anyagok a fajlagos ellenállásuk alapján?

MIKROELEKTRONIKAI ÉRZÉKELİK I

2010. január 31-én zárult OTKA pályázat zárójelentése: K62441 Dr. Mihály György

Hiszterézis: Egy rendszer kimenete nem csak az aktuális állapottól függ, hanem az állapotváltozás aktuális irányától is.

F1301 Bevezetés az elektronikába Félvezető diódák

A mágneses tulajdonságú magnetit ásvány, a görög Magnészia városról kapta nevét.

FÉLVEZETŐ ESZKÖZÖK I. Elektrotechnika 4. előadás

SINUS PRINT. Sinus Print H-3400 Mezõkövesd Kodály Zoltán u. 11. Tel.: 06/

Moore & more than Moore

2. Érzékelési elvek, fizikai jelenségek. a. Termikus elvek

HŐMÉRSÉKLETMÉRÉS. Elsődleges etalonok / fix pontok / 1064,00 C Arany dermedéspontja. 961,93 C Ezüst dermedéspontja. 444,60 C Kén olvadáspontja

KÖZEG. dv dt. q v. dm q m. = dt GÁZOK, GŐZÖK ÉS FOLYADÉKOK ÁRAMLÓ MENNYISÉGÉNEK MÉRÉSE MÉRNI LEHET:

Elektron mozgása kristályrácsban Drude - féle elektrongáz

ELLENÁLL 1. MÉRŐ ÉRINTKEZŐK:

Tételek Elektrotechnika és elektronika I tantárgy szóbeli részéhez 1 1. AZ ELEKTROSZTATIKA ALAPJAI AZ ELEKTROMOS TÖLTÉS FOGALMA 8 1.

Szupravezetés. Mágneses tér mérő szenzorok (DC, AC) BME, Anyagtudomány és Technológia Tanszék. Dr. Mészáros István. Előadásvázlat 2013.

ELLENÁLLÁSOK HŐMÉRSÉKLETFÜGGÉSE. Az ellenállások, de általában minden villamos vezetőanyag fajlagos ellenállása 20 o

Félvezetk vizsgálata

Forgójeladók (kép - Heidenhain)

Tervezte és készítette Géczy LászlL. szló

Mikrohullámú abszorbensek vizsgálata 4. félév

-2σ. 1. A végtelen kiterjedésű +σ és 2σ felületi töltéssűrűségű síklapok terében az ábrának megfelelően egy dipól helyezkedik el.

Mérőátalakítók Összefoglaló táblázat a mérőátalakítókról

MEMS, szenzorok. Tóth Tünde Anyagtudomány MSc

Méréstechnika. Rezgésmérés. Készítette: Ángyán Béla. Iszak Gábor. Seidl Áron. Veszprém. [Ide írhatja a szöveget] oldal 1

FIZIKA KÖZÉPSZINTŐ SZÓBELI FIZIKA ÉRETTSÉGI TÉTELEK Premontrei Szent Norbert Gimnázium, Gödöllı, május-június

ADATHORDOZÓ LEMEZ. Különböző ADATHORDOZÓK. MO lemez. hajlékonylemez CDROM, DVDROM. lemez. merevlemez CDRAM, DVDRAM. lemez

A jövő anyaga: a szilícium. Az atomoktól a csillagokig február 24.

Intelligens Rendszerek Elmélete. Technikai érzékelők. A tipikus mérőátalakító transducer

2. (d) Hővezetési problémák II. főtétel - termoelektromosság

I. Nyitó lineáris tartomány II. Nyitó exponenciális tartomány III. Záróirányú tartomány IV. Letörési tartomány

Egyenáram. Áramkörök jellemzése Fogyasztók és áramforrások kapcsolása Az áramvezetés típusai

Méréstechnika. Hőmérséklet mérése

FIZIKA II. Egyenáram. Dr. Seres István

Mézerek és lézerek. Berta Miklós SZE, Fizika és Kémia Tsz november 19.

A töltéshordozók meghatározott irányú rendezett mozgását elektromos áramnak nevezzük. Az áram irányán a pozitív részecskék áramlási irányát értjük.

E (total) = E (translational) + E (rotation) + E (vibration) + E (electronic) + E (electronic

A fény tulajdonságai

6.B 6.B. Zener-diódák

N I. 02 B. Mágneses anyagvizsgálat G ép A mérés dátuma: A mérés eszközei: A mérés menetének leírása:

i1. Az elektronikában alkalmazott mennyiségek SI mértékegységei és prefixei.

Mikrohullámú abszorbensek vizsgálata

Orvosi Biofizika I. 12. vizsgatétel. IsmétlésI. -Fény

Sugárzásmérés DR. GYURCSEK ISTVÁN

Koherens lézerspektroszkópia adalékolt optikai egykristályokban

Tervezte és készítette Géczy László

601H-R és 601H-F típusú HŐÉRZÉKELŐK

Passzív áramkörök, CAD ismeretek

H-2040 Budaörs, Komáromi u. 22. Pf Telefon: , Fax:

A fény mint elektromágneses hullám és mint fényrészecske

Textíliák felületmódosítása és funkcionalizálása nem-egyensúlyi plazmákkal

1. Egy lineáris hálózatot mikor nevezhetünk rezisztív hálózatnak és mikor dinamikus hálózatnak?

Bevezetés az elektronikába

Intelligens Rendszerek Elmélete IRE 3/51/1

Adatgyőjtés, mérési alapok, a környezetgazdálkodás fontosabb mőszerei

Intelligens Rendszerek Elmélete. Technikai érzékelők

Modern Fizika Labor. 5. ESR (Elektronspin rezonancia) Fizika BSc. A mérés dátuma: okt. 25. A mérés száma és címe: Értékelés:

Digitális hőmérő Modell DM-300

Arduino, programozás, elektronika egy út az ismeretek integrált felhasználásához

A napenergia alapjai

Sugárzáson, és infravörös sugárzáson alapuló hőmérséklet mérés.

Elektronika alapjai. Témakörök 11. évfolyam

BALESETVÉDELMI OKTATÁS

MIKROELEKTRONIKAI ÉRZÉKELİK I

Átírás:

MIKROELEKTRONIKAI ÉRZÉKELŐK I Dr. Pődör Bálint BMF KVK Mikroelektronikai és Technológia Intézet és MTA Műszaki Fizikai és Anyagtudományi Kutató Intézet 2. ELŐADÁS: LABORMÉRÉSEK 2008/2009 tanév 1. félév 1

LABORATÓRIUMI MÉRÉSEK MINIMÁLISAN SZÜKSÉGES ISMERETEK Laboratóriumi mérések: Termisztoros hőmérsékletmérés és kiértékelés. Hall effektus és mágneses tér mérése. Fotódióda, lavinafotodióda, fotoellenállás tulajdonságainak mérése. Piezorezisztív nyomásérzékelő tulajdonságainak mérése. 2

TERMISZTOROK A termisztorok olyan ellenállások, amelyek hőmérsékleti tényezője (TK) a szokásos fémek illetve normál áramköri ellenállások hőmérsékleti tényezőjéhez képest nagyságrendekkel nagyobb. A termisztor ellenállás hőmérsékleti tényezője nagy és általában negatív, de van pozitív együtthatójú típus is. Elnevezések: negatív TK, NTC termisztor vagy melegen vezető, illetve pozitív TK, PTC termisztor, vagy hidegen vezető. 3

OXIDTERMISZTOROK Az NTC termisztorok alapanyaga félvezető tulajdonságú fémoxidok (MnO, NiO, stb.) Az oxidtermisztorok olyan fémoxidokból készülnek, amelyeknek nagy a hőmérsékleti együtthatójuk (félvezető tulajdonság!), ellenállásuk stabil, és gyártásuk jól reprodukálható. Kedvező tulajdonsággal rendelkeznek a keverék oxidok, mint pl. a TiO 2 +MnO, vagy a Mn 2 O 3 +NiO+CoO keverékek. A nagyobb hőkapacitású és szélesebb hőmérséklettartományban alkalmazható termisztorok grammnyi tömegűek is lehetnek, míg a gyöngy-, fólia-, száltermisztorok tömege miniatűr változatban néhány mg is lehet. 4

TERMISZTOROK KARAKTERISZTIKÁI R(T) = Aexp(B/T) 5

TERMISZTOR KARAKTERISZTIKÁI ln R = ln A + B/T Az ellenállás logaritmusát az abszolút hőmérséklet reciproka 6 függvényében ábrázolva a karakterisztika egyenes.

TERMISZTOR KARAKTERISZTIKÁI Termisztor paramétereinek meghatározása mérések alapján 7

OPTIKAI TULAJDONSÁGOK: FÉNY ÉS FÉLVEZETŐ KÖLCSÖNHATÁSA Optikai tulajdonságok: az energiasáv-szerkezet a meghatározó. Az EM sugárzás, így a fény is elnyelődik (elektron-lyuk párok keletkezése mellett), ha hν = hc/λ g E g A hosszúhullámú levágás λ g határhullámhossza λ g = hc/e G, gyakorlati egységekben λ g [m] = 1,24/E G [ev]. A tiltott sávénál kisebb energiájú fotonok, illetve a határhullámhossznál hosszabb hullámhosszú fény számára a félvezető átlátszó. 8

ELEKTROMÁGNESES SUGÁRZÁS ELNYELÉSE FÉLVEZETŐKBEN Adott anyagban, x mélységben az elektromágneses sugárzás intenzitása: I(x)=I OS exp(-αx) I os az intenzitás a felületen, x a mélység és α az elnyelési (abszorpciós) tényező

FÉLVEZETŐ FÉNYÉRZÉKELŐK Szilícium technológia: nagyon érett, viszonylag olcsó, de a Si fizikai tulajdonságai miatt nem alkalmazható mindenütt! Eszközök: fotoellenállás, PIN fotodióda, lavina-fotódióda, fém-félvezető átmenetes (Schottky) dióda, fototranzisztor 10

FÉNYDETEKTÁLÁS FÉVEZETŐVEL Fizikai mechanizmus: Kvantum feltétel: optikai abszorpció töltéshordozó (elektron-lyuk pár) keltés által. hν = hc/λ > E G Detektálás: fotóáram, fotófeszültség, ellenállás változás. A detektálási folyamat kvantumos jelenségen alapul: kvantum-hatású ill. foton-detektor. 11

A FOTODIÓDA A fotodiódák, és az egykristályos napelemek lényegében pn-átmenetes eszközök. Fény hatására bennük fotoáram generálódik. A fotoáramot a keltett elektronok és lyukak hozzák létre. A kiürített rétegbeli beépített elektromos tér az elektronokat az n-típusú, a lyukakat a p-típusú tartomány felé sodorja. 12

PN ÁTMENET: BEÉPÍTETT ELEKTROMOS TÉR Kiürített réteg és beépített elektromos tér záróirányban előfeszített pn-átmenetben 13

PÉLDA: Si FOTODIÓDA KARAKTERISZTIKÁI η η = 1 Si fotodióda spektrális karakterisztikái. Az R érzékenység lineárisan növekszik majd a határhullámhossz elérése után meredeken lecsökken. 14

PIN FOTODIÓDA FELÉPÍTÉSE 15

LAVINA FOTÓDIÓDA Lavina fotódióda (avalanche photodiode, APD) Az ütközési ionizáció töltéshordozósokszorozódást hoz létre (erősítés) 16

LAVINA FOTÓDIÓDA I-U karakterisztika (sötétáram), erősítés (lavinasokszorozási tényező) feszültségfüggése. 17

LAVINA FOTODIÓDA Si lavinafotodióda multiplikációs tényezője a zárófeszültség függvényében 18

MÁGNESES ÉRZÉKELŐK Mágneseses érzékelő: kétféle típusú lehet. 1. Közvetlenül érzékelhet egy mágneses teret (direkt alkalmazás), pl. mint egy magnetométerben a Föld mágneseses terét, vagy egy adattároló készülékben az adathordozó (mágneses lemez, szalag, kártya, stb.) lokális mágnesezettségét. 2. A mágneses tér mint közvetítő eszköz szolgál nemmágneses jelek érzékelésre (indirekt alkalmazás) mint pl. lineáris- vagy szöghelyzet, elmozdulás és sebesség érzékelés permanens mágnesekkel kontaktusmentes módon, vagy áramérzékelés a mágneses tere révén, stb. 19

LORENTZ ERŐ A legtöbb mágneses szenzor a Lorentz erőt használja ki F = -q v x B mely az anyagban (fém, félvezető, vagy szigetelő) mozgó elektronra hat. Bár a H mágneses térerő az érzékelendő mennyiség, a B mágneses indukció, mely az erőhatást leírja, határozza meg a szenzor válaszát. 20

A HALL ELEKTROMOS TÉR p-típusú mintában a lyukak sebessége -x irányú, a lyukakra ható F = e v x B Lorentz erő iránya y, és lefelé téríti el a lyukakat. A lyukak az alsó lapon felhalmozódva egy +y irányú elektromos teret hoznak létre. Mivel az y irányban nem folyik áram, az y irányú tér (a Hall tér) egyensúlyt tart a Lorentz erő terével, E y = v x B z. Ekkor E y = V y /w = V H /w = R H j x B z, és a Hall állandó R 21 H = 1/ep.

HALL ÉRZÉKELŐK Az eszköz alapegyenlete U H = K x I x B I - az eszközön átfolyó áram [A], B - az alkalmazott mágneses indukció [Vs/m 2 ], U H - a Hall-feszültség [V], K - érzékenységi állandó [m 2 /As], mely magában foglalja a geometriai, és a félvezető anyagi paramétereket. Az eszköz kimenőjele a mágneses tér függvényében lineáris. 22

Si MEMS MECHANIKAI ÉRZÉKELŐK A szilícium alapú MEMS mechanikai érzékelők előnyös tulajdonságai Jól meghatározott elektromos tulajdonságok mellett rendkívül jó mechanikai tulajdonságok Jelentős méretcsökkentés lehetősége Tömeggyárthatóság Integrálhatóság 23

SI MEMS ERŐ ÉS NYOMÁSÉRZÉKELŐK 24

PIEZOREZISZTÍV HATÁS Piezorezisztív hatás: mechanikai feszültség fajlagos ellenállás változás 25

SZILÍCIUM NYOMÁSÉRZÉKLEŐ 26

Balesetvédelmi és tűzvédelmi szempontok A laborban követelmény a fegyelmezett viselkedés, tilos az ételés italfogyasztás, dohányzás, nyílt láng használata. Ne hintázzanak a székeken! Tűzveszélyes vagy egyéb veszélyes anyagokat tilos bevinni a laborba. A főkapcsolót, hosszabítókat, mérési összeállításokat és számítógépeket csak a felügyelő tanár engedélyével szabad bekapcsolni. A számítógépeket tilos szétszedni, a berendezést beleértve a számítógépeket is tilos rongálni. A székeken tilos hintázni. A hálózati csatlakozó kihúzásánál és bedugásánál fokozott óvatosság szükséges. A mérési összeállításokat átalakítani csak feszültségmentesítés után szabad. Áramütés, baleset vagy tűz esetén azonnal értesíteni kell a portát. Tűz vagy testzárlat esetén azonnal ki kell kapcsolni a főkapcsolót. Feszültség alatt lévő személyhez (testzárlat) tilos közvetlenül hozzáérni. Áramütés esetén a sérült személyt minden esetben orvoshoz kell vinni, akkor is, ha látszólag nincs semmi baja.

Balesetvédelmi és tűzvédelmi szempontok Tűz esetén a sérült vagy magatehetetlen személyeket ki kell menteni és meg kell kezdeni a tűz oltását. Elektromos tüzet tilos vízzel oltani, poroltót vagy széndioxidos oltót kell használni. Tűz vagy bombariadó esetén fegyelmezetten, de gyorsan kell elhagyni az épületet. Nem szabad megállni az épület közelében. A számítógépek használatakor óránként 10 perc szünetet kell tartani. Gázpalack csak a felügyelő tanár engedélyével nyitható ki vagy zárható el. Használatakor először a gázpalack szelepét nyitjuk meg, majd nagyon óvatosan a nyomáscsökkentő szelepet, és utoljára a nyomáscsökkentő utáni szelepet. Az elzárás ugyanebben a sorrendben történik.