非晶材料在传感器中的应用

非晶材料在传感器中的应用论文关键词：单晶多晶材料非晶硅非晶磁性材料非晶传感器论文摘要：研发敏感功能材料的主要趋势之一是从单晶材料向多晶材料和非晶材料的转变发展。 非晶材料因其光吸收系数高、基板材料限制小、性能容易扩展、制作工艺简单等优点而受到多方面的欢迎。 本文侧重于非晶材料的现状、基本特性及其在传感器中的应用与展望。一、引言最近，敏感功能材料开发的主要趋势之一是从单晶材料向多晶材料和非晶材料的转变。 传感器使用的敏感功能材料多为单晶材料，特别是类型的传感器。 例如，受光传感器始终使用Si、GaAs等单晶半导体。 另一方面，气体传感器主要由多晶材料和多孔质陶瓷构成。 陶瓷是通过对粉末混合物进行压制、烧结而形成的。 采用理想特性的原材料，严格限制烧结技术，可以制作精细的陶瓷，应用于传感器，开拓了陶瓷应用的新天地。 单晶传感器只利用晶体的性能，多晶传感器和陶瓷传感器利用多孔性和晶界特性，开辟了应用于气体传感器和热敏传感器的新方法。非晶材料大致分为非晶磁性材料和非晶半导体材料。 引人注目的非晶合金现已进入实用阶段，特别是近年来在基础和应用方面进行了深入研究，了解非晶金属在结晶状态下所具有的独特物性，广泛应用于传感器，具有实用价值。二、背景材料及非晶材料的应用现状随着人类认识的发展和技术的进步，从20世纪50年代开始出现了一些新的非晶材料，如非晶合金、非晶半导体、非晶超导体、非晶离子导体和有机高分子玻璃等。 其中非晶合金中原子的无序排列类似于玻璃，因此也称为金属玻璃。 金属玻璃可以通过各种工艺制造，所有工艺都能使合金从液体或气体中快速凝固，凝固过程非常快，使原子的液体结构冻结1-3 . 这些在热力学上处于准稳定状态，在结晶化温度以上克服一定大小的能量势垒进行结晶化。研究表明，非晶结构类似于液体(见图1 )，原子序列为短程序，整体上长程无序，宏观上可视为均匀、各向同性。 非晶质结构的另一个特征是热力学的不稳定性，有向结晶状态转化的倾向，也就是原子规则排列的倾向。 为了进一步了解非晶结构，通常对非晶材料中原子的排列情况进行理论建模，并将其模型归纳为两类。 一种是微晶模型、群体模型等不连续模型的另一种是连续模型，例如连续不规则网格模型、硬球随机堆模型等。 形成的各种模型4，对非晶材料的实际结构进行说明还不准确。 但是，在阐述非晶材料的一些特性如弹性、磁性方面，仍然取得了一定的成功。 非晶合金的长程无序，短程有序特性为非晶金属提供了良好的性能、优良的化学性能和优良的软磁性能。图1气体、液体、结晶、非晶二体分布函数5 1 .非晶磁性材料非晶磁性材料是杜瓦斯(duwes )于1960年采用液体淬火法首次合成的，目前该敏感功能材料已广泛应用于传感器，可以展望未来有更大的发展。 非晶磁性材料具有以下特性晶体材料缺乏磁各向异性，导磁率高，损耗小。 即，由于旋转磁化容易，各方向的磁场灵敏度高，因此能够用于构成高灵敏度磁场计和磁通传感器。 现在，应力磁效应式高灵敏度应力传感器、磁致伸缩效应式机械传感器相继开发。由于具有高电阻率(比坡莫合金高数倍)，即使在高频区域也能得到小的涡流损耗和优良的磁特性，可以有效利用该特性开发出难以实现磁性结晶的高速响应传感器。不存在晶界、位错等晶体材料固有缺陷，机械强度高，耐化学药品性强。居里温度(约200500K )，其组合成分可以任意决定。 因此，有望应用于高速响应温度传感器的研制。2、非晶硅非晶硅自1976年被控制手段掺杂以来，在光伏中的应用是众所周知的。 例如内置非晶硅太阳电池的小型计算机普及，有很多人。 非晶硅作为传感器敏感功能材料具有很大的潜力，主要是非晶硅具有不能得到一般晶体材料的特性在可见光范围内非晶硅的光吸收系数高微晶相与非晶相混合，可获得类晶性能沉积温度低(200300)的基板材料，例如有机膜能够堆积均匀性良好的大面积薄膜沉积膜长期稳定性和可靠性良好；能够在曲面和平面上堆积薄膜可以应用光刻技术无定形材料可制作有源元件和无源元件，可生长成多种基板材料，制作三维电路。三、非晶材料的基本特征非晶金属材料具有以下基本特性1 .高磁导率Co基高磁导率非晶金属由Co、Si、Fe、b主要成分构成，添加Mn、Nb、Mo、Cr等元素. 图2显示了导磁率-频率特性，与晶体材料进行了比较。