半導體敏感材料，能將各種非電物理量如力學量、光學量、熱學量、磁學量和生物量等，轉換成電物理量的半導體材料。半導體敏感材料不僅能實現物質量的轉換，還可與計算機技術相互連，在工業、農業、科技、國防、環境污染監測以及日常生活的各個領域都有重要套用。
基本介紹
- 中文名：半導體敏感材料
- 套用領域：工業、農業、科技、國防、環境污染監測以及日常生活的各個領域
分類
半導體敏感材料依據所轉換非電物理量的性質，可分為以下幾類：
①力敏半導體材料。具有較強的壓阻效應，能將各種力學量如作用力、加速度、流量等轉變為電信號。壓阻效應，是指半導體晶體在受到壓力作用時，晶體的對稱性會發生變化，導電機制也隨之變化，從而使電阻值改變的物理現象。半導體的應變係數（壓阻係數）可達100～200，而金屬的應變係數只有2～3，這種差異主要歸因於半導體能帶結構的各向異性。這類材料主要有單晶矽、多晶矽、矽外延薄膜、矽/尖晶石和矽/藍寶石等。
②光敏半導體材料。受到光照射時，能產生光生非平衡載流子，引起材料電導率（或電阻率）的變化（光電導效應），或者在半導體PN結區附近產生載流子，引起PN結反向偏壓的變化（光生伏特效應），因此可將光學量轉變為電學量。屬於這類材料的有元素半導體Si和Ge，Ⅲ–Ⅴ族化合物GaAs、InAs、InP、GaN等，Ⅱ–Ⅵ族化合物的CdTe，以及多元固溶體材料如CdHgTe等。
③磁敏半導體材料。具有較強的霍耳效應和磁阻效應，能將各種磁學量轉換為電學量。霍耳效應是半導體材料中的電流與磁場相互作用，而在垂直於電流和磁場的方向上產生電動勢的一種物理效應，所產生的電動勢與半導體中的電流和外加磁場強度成正比。此外，當電流方向與磁場方向垂直時，還會使電流密度降低，即出現電阻率增大的現象（磁阻效應）。利用半導體材料的這些特性，可製成磁敏感半導體器件。為獲得較高的磁敏感度，通常選用載流子遷移高的材料作磁敏材料。例如InSb，它在室溫下的遷移率為矽遷移率的50倍。磁敏半導體材料有Si、Ge、GaAs、InSb、InAs等。
④熱敏半導體材料。具有較強的熱電效應，能將熱學量（溫度）轉換為電信號。某些過渡族元素（如Mn、Ni、Co等）的氧化物，當溫度升高時，其載流子濃度增加，使電阻率下降（負的溫度係數）；而另一些金屬氧化物，如以BaTiO3為基的材料，在摻入適當量稀土元素後，其電阻率會隨溫度升高而變大（正的溫度係數）。這是由於BaTiO3是一種多晶材料，對於導電電子來說，晶粒間界相當於一個勢壘。當溫度低時，在BaTiO3中內電場的作用下，導電電子容易通過晶界，電阻率較小；而當溫度升高到臨界溫度以上時，內電場被破壞，電子不易通過晶界，因此電阻率急劇增大。利用金屬氧化物的這種性質，可以製備出熱敏感器件。此外，用元素半導體或化合物半導體製備的二極體或電晶體，其基極和發射極之間的電壓，對溫度也是十分敏感的。因此，這些器件也可用作熱敏元件。此外，還可利用半導體的表面和界面效應，將各種氣體組分的濃度、離子濃度和生物量轉變成電學量，這些材料分別稱為氣敏半導體材料、離子敏半導體材料和生物敏半導體材料。
