半导体温度传感器及其芯片集成技术
半导体敏感元件(热敏元件与温度传感器)
为了提高温度传感器的可靠性，可以采用耐极端环境的材料和制造工艺，优化结构设计，加强品质控制等方法。此外，定期检查和维护也是保持传感器可靠性的重要措施。
要点三
可靠性问题
06
未来展望
利用纳米材料的高敏感性和稳定性，提高热敏元件和温度传感器的精度和可靠性。
纳米材料
复合材料
生物材料
探索新型复合材料，结合不同材料的优点，实现更广泛的温度测量范围和更高的稳定性。
利用生物材料的独特性能，开发具有生物相容性和环保性的热敏元件和温度传感器。
03
02
01
新材料的应用
研究先进的薄膜工艺，降低热敏元件和温度传感器的制造成本，提高生产效率。
薄膜工艺
利用微纳加工技术，实现热敏元件和温度传感器的微型化和集成化，提高其响应速度和灵敏度。
微纳加工技术
开发具有柔性的热敏元件和温度传感器，适应不同应用场景的需求，如可穿戴设备和生物医疗领域。
磁阻元件
磁阻元件是一种利用磁性材料电阻变化的传感器，其电阻值随温度变化而变化。磁阻元件具有测量范围广、精度高、稳定性好等优点，常用于高精度温度测量和控制系统。
热磁效应
04
温度传感器的应用
工业生产过程中需要对温度进行精确控制，以确保产品质量和生产效率。温度传感器可以实时监测生产设备的温度，并将数据反馈给控制系统，实现精确的温度控制。
详细描述
要点三
总结词
可靠性问题是指温度传感器在特定条件下能否正常工作的问题，涉及到传感器的使用寿命和故障率。
要点一
要点二
详细描述
温度传感器的可靠性问题主要与其工作环境和内部结构有关。在高温、低温、高湿、高压等极端环境下，传感器可能会出现故障或性能下降。此外，传感器的结构设计、制造工艺和材料选择也会影响其可靠性。
集成温度传感器
集成温度传感器
1. 电流输出型集成温度传感器AD590
AD590是美国Analog Devices公司生产的电流型集成温 度传感器，其采用TO-52金属圆壳封装结构，其外形、引脚排 列和电路符号如图1-25所示。
集成温度传感器
图1-27 LM35的封装形式
集成温度传感器
（1）使用温度为-55~+150 ℃。
LM35 系列集成温 度传感器的 特性如下：
（2）工作电压为直流4~30 V。 （3）输出阻抗小，1 mA负载时为0.1 Ω。 （4）非线性值仅为±1/4 ℃。
（5）精度为0.5 ℃（在+25 ℃时）。
集成温度传感器
（1）DS18B20的特性。 ①采用单总线专用技术，被测温度用符号扩展的16位数字量串行 输出，无须经过其他变换电路。 ②测温范围为-55~+125 ℃，在-10~+85 ℃，精度为±0.5 ℃。 ③内含64位经过激光修正的ROM。 ④适配各种单片机或系统机。 ⑤用户可分别设定各路温度的上、下限。 ⑥其工作电源既可在远端引入，也可采用寄生电源方式产生。 以上特点使DS18B20非常适用于远距离多点温度检测系统。
集成温度传感器
2. 电压输出型集成温度传感器LM35
LM35是电压输出型集成温度传感器，它具有很高的工作 精度和较宽的线性工作范围，该器件输出电压与摄氏温度线 性成比例。因而，从使用角度来说，LM35与用开尔文标准的 线性温度传感器相比更有优越之处。LM35无须外部校准或微 调，可以提供±1/4 ℃的常用室温精度。它从电源吸收的电流 很小且几乎不变，所以芯片自身几乎没有散热的问题。LM35 有多种封装形式，包括密封TO-46、塑料TO-92、贴片SO-8 和TO-220等，如图1-27所示。
半导体温度传感器电子教案
半导体温度传感器电子教案第一章：半导体温度传感器简介1.1 温度传感器的作用1.2 半导体温度传感器的分类1.3 半导体温度传感器的工作原理1.4 半导体温度传感器的主要性能指标第二章：热敏电阻温度传感器2.1 热敏电阻的原理与特点2.2 热敏电阻的温度特性2.3 热敏电阻的应用实例2.4 热敏电阻的选型与使用注意事项第三章：热电偶温度传感器3.1 热电偶的原理与分类3.2 热电偶的温度特性3.3 热电偶的冷端补偿技术3.4 热电偶的应用实例第四章：集成温度传感器4.1 集成温度传感器的原理与特点4.2 常见集成温度传感器的类型4.3 集成温度传感器的应用实例4.4 集成温度传感器的选型与使用注意事项第五章：半导体温度传感器的测量电路5.1 半导体温度传感器的信号处理电路5.2 半导体温度传感器的接口电路5.3 半导体温度传感器的电路设计实例5.4 半导体温度传感器的测量误差分析与减小方法第六章：半导体温度传感器的编程与应用6.1 半导体温度传感器的编程接口6.2 常见编程语言的半导体温度传感器应用实例6.3 基于半导体温度传感器的温度监控系统设计6.4 半导体温度传感器在物联网中的应用第七章：半导体温度传感器在工业领域的应用7.1 半导体温度传感器在制造过程中的应用7.2 半导体温度传感器在电力系统中的应用7.3 半导体温度传感器在交通运输领域的应用7.4 半导体温度传感器在环境保护领域的应用第八章：半导体温度传感器的故障诊断与维护8.1 半导体温度传感器的故障类型及原因8.2 半导体温度传感器的故障诊断方法8.3 半导体温度传感器的维护与保养8.4 半导体温度传感器的故障处理实例第九章：半导体温度传感器的发展趋势9.1 半导体温度传感器技术的发展趋势9.2 半导体温度传感器的创新应用9.3 我国半导体温度传感器产业的发展现状与展望9.4 半导体温度传感器在国际市场的竞争格局第十章：实战训练与案例分析10.1 半导体温度传感器的实验设计与实践10.2 半导体温度传感器应用案例分析10.3 半导体温度传感器在工程项目中的应用实例10.4 半导体温度传感器教学与实践相结合的案例分享重点和难点解析重点环节1：半导体温度传感器的工作原理解析：理解半导体温度传感器的工作原理是学习其应用和编程的基础。
温度传感器 集成温度传感器 集成温度传感器
的温度。
课程内容
1 . 集成温度传感器概念 2. 集成温度传感器分类 3. 集成温度传感器特性 4. 集成温度传感器工作原理
2. 集成温度传感器分类
模拟集成温度传感器 集成温度传感器 数字集成温度传感器
电压输出型温度传感器 电流输出型温度传感器
逻辑输出型温度传感器
课程内容
1 . 集成温度传感器概念 2. 集成温度传感器分类 3. 集成温度传感器特性 4. 集成温度传感器工作原理
Байду номын сангаас
4. 集成温1度传感器工作原理
右图为集成温度传感器原理示意图。其中
VT1 、VT2为差分对管，由恒流源提供的电
流I1 、I2分别为VT1 、VT2的集电极电流，
则△Ube可用下式表示：
玻尔兹曼常数
绝对温度
Ube
kT q
ln
I1 I2
电子电荷量 1.6021892×10-19库仑
VT1和VT2发射极 面积之比
组成： 在一块极小的半导体芯片上集成了包括温度敏感器件、信号放大电 路、温度补偿电路、基准电源电路等在内的各个单元，它使传感器 和集成电路融为一体。
1. 集成温度传感器概念
特点： 其具有体积小、线性好、反应灵敏、价格低、抗干扰能力强等优
点，所以应用十分广泛。 由于PN结不能耐高温，所以集成温度传感器通常测量1 50℃以下
集成温度传感器原理示意图
4. 集成温1度传感器工作原理
只要I1/I2为恒定值，则△Ube与温 度T为单值线性函数关系。这就是集 成温度传感器的基本工作原理。
玻尔兹曼常数
绝对温度
Ube
kT q
ln
I1 I2
电子电荷量 1.6021892×10-19库仑
集成温度传感器
电脑集成温度传感器用于CPU散热保护电路
散热风扇
集成温度IC
CPU散热片
CPU插座
MAX6502用于控制散热风扇的转速
集成温度传感器的类型
集成温度传感器可分为：模拟型集成温度 传感器和数字型集成温度传感器。模拟型的 输出信号形式有电压型和电流型两种。电压 型的灵敏度多为10mV/℃（以摄氏温度 0℃作为电压的零点），电流型的灵敏度多 为1μA/K（以绝对温度0K作为电流的零 点）；数字型又可以分为开关输出型、并行 输出型、串行输出型等几种不同的形式。
1.模拟型集成温度传感器
电流输出型温度传感器能产生一 个与绝对温度成正比的产品。
空脚（接地）
AD590的基本转换电路
增加负载电阻阻值 可提高输出电压。
电流-电压转换电路 （10mV/K）
AD590的基本转换电路
输 度出 成正电比压（Uo1与m热V/力K学）温
温度检测系统原理
DS1820采用单线总线系统，即可用一根线连接主从器件， DS1820作为从属器件，主控器件一般为微处理器。单线总线 仅由一根线组成，与总线相连的器件应具有漏极开路或三态 输出，以保证有足够负载能力驱动该总线。DS1820的I/O端 是开漏输出的，单线总线要求加一只5kΩ左右的上拉电阻。
集成温度传感器的类型
1.电压型IC温度传感器是将温度传感器基准电压、缓冲放大 器集成在同一芯片上,制成一四端器件。因器件有放大器； 故输出电压高、线性输出为10mV／℃；另外,由于其具有输 出阻抗低的特性；抗干扰能力强，故不适合长线传输。这类 IC温度传感器特别适合于工业现场测量。
半导体温度传感器原理
半导体温度传感器原理
半导体温度传感器是一种利用半导体材料特性来测量温度的装置。
其原理是基于热电效应或者温度对半导体材料电学特性的影响。
1. 热电效应原理
半导体材料的导电性质随温度的变化而发生改变。
这种特性被称为热电效应。
利用热电效应，可以测量半导体材料与环境温度的差异。
具体而言，当一个半导体材料的两端温度不同时，电子在半导体中会随着温度梯度而从热端向冷端流动，从而形成了一个电势差。
以差分方式测量这个电势差，可以得到温度的信息。
2. 温度对电阻的影响原理
半导体材料的电阻随温度的变化而发生改变。
这种特性被称为正温度系数。
利用温度对电阻的影响原理，可以通过测量半导体材料的电阻变化来推断温度的变化。
一般情况下，半导体材料的电阻会随温度的升高而增加，这个关系可以通过电阻温度系数来表示。
通过测量半导体材料电阻的变化，可以计算出相应的温度。
综上所述，半导体温度传感器利用半导体材料特性与温度的关联，通过测量热电效应或电阻变化来获得温度信息。
这种传感器具有响应速度快、尺寸小、精度高的优点，在很多应用领域都被广泛采用。
传感器原理与检测技术第8章 集成温度传感器
1〉电压输出型
U out
I2
R2
U BE R1
R2
R2 kT ln
R1 q
电压输出感温部分基本电路
2〉电流输出型
IT
2I1
2U BE R
2kT qR
ln
CT
dIT dT
2k ln
qR
1 A / K
第三节 常用集成温度传感器
集成温度传感器与热敏电阻等温度传感器相比，它 具有良好的线性度和一致性。
电压型
使用温度范围 －40～125℃
温度系数 10mV/℃
μPC616CSL616C
LX5600 LX5700 LM3911 LM134LS134M SL334 AD590LS590 AN6701S
电压型
电压型 电压型 电压型 电流型 电流型 电流型 电压型
－25～85℃
－55～85℃ －55～85℃ －25～85℃ －55～125℃ －0～70℃ －55～155℃ －10～80℃
双 金 属 片 －20～200
1～10
较差
0.5～5
热 敏 电 阻 －50～300 0.2～2.0 不良 0.2～2.0
半 导 体 管 －40～150
1.0
良
0.2～1.0
集成温度传感器 －55～150
1.0
优
0.3
不高 不高 不高
高 高 高
几种集成温度传感器
型号
【全文】智能集成温度传感器及其应用
智能温度传感器出现于20世纪90年代，属于微电子技术、计算机技术和自动测试技术(AT)的结晶，目前国际上已有多种智能温度传感器系列产品。其内部结构一般包含温度传感器、A/D转换器、信号处理电路、存储器或寄存器及I/O接口，有些甚至集成有中央处理器(CPU)、多路开关、RAM、ROM等。智能温度传感器能输出温度数据及相应的温度控制信号，可与各种微处理器(MCU)适配，在硬件基础上通过软件完成测试功能，其智能化程度取决于软件的开发水平。
(3) 模拟集成温度控制器 模拟集成温度控制器主要包括温控开关、可编程控制器，自成系统，工作时不需要微处理器控制，这是它与智能温度传感器之间的主要区别。典型产品有LM56、AD22105、MAX6509等。 (4) 通用智能温度控制器 通用智能温度控制器是智能温度传感器的发展，与各种微控制器适配可构成智能温控系统，甚至自行组成一个温控仪，单独工作。它和智能温度传感器一样，被广泛用于温度测控系统及家用电器中。
1. 智能集成温度传感器产品种类 (1) 模拟集成温度传感器 集成传感器是采用硅半导体集成工艺而制成的，又称硅传感器，问世于20世纪80年代。它将温度传感器集成在一个芯片上，可实现温度测量并以模拟形式输出信号。其主要特点是功能单一(仅测量温度)、测量误差小、价格低、响应速度快、传输距离远、体积小，微功ห้องสมุดไป่ตู้。适合于远距离测温、控温，不需要非线性校准，外围电路简单。典型产品有AD590、TMP17、LM315等。
3.4.2 典型智能集成温度传感器及其应用
1. 基于总线的智能温度传感器 智能温度传感器的总线技术已实现了标准化、规范化。目前所采用的总线主要有1-Wire总线(单总线)、I2C总线、SMBus总线和SPI(Serial Peripheral Interface)三总线等，其中I2C总线和SMBus总线都属于二线总线。基于总线的智能传感器作为从机，通过专用总线接口与主机通信。
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半导体温度传感器及其芯片集成技术
作者：林凡， 吴孙桃， 郭东辉
作者单位：厦门大学,福建,厦门,361005
刊名：
仪表技术与传感器
英文刊名：INSTRUMENT TECHNIQUE AND SENSOR
年，卷(期)：2003，(12)
被引用次数：1次
1.BIANCHI R A.KARAM J M CMOS-compatible temperature sensor with digital output for wide temlaerature range applications 2000
2.W. Wo jciak.NAPIERALSKI A An analogue tamperature sensor integrated in the CMOS technology 1995
3.V. Szekdy.RENCA M CMOS temperature sensors and built-in test circuitry for thermal testing of ICs 1998
4.ARABI K.KAMINSKA B Built-in temperature sensors for on-line thermal monitoring of microelectronic structures 1997
5.P. Miribel-Catala.E. Montane MOSFET-based temperature sensor for standard BCD smart power technology 2001
6.PERTIJS M A P.BAKKER A A high-accuracy temperature sensor with second-orcler curvature correction and digital bus interface 2001
7.Product data of ADI,NSC,HARRIS,Telcom,mAxIM,DALLAS etc
8.MEIJER G C M.WANGGJ.FRUETT F Temperature sensors and voltage refferences implemented in CMOS technology 2001(3)
1.期刊论文张洵.靳东明.刘理天.ZHANG Xun.JIN Dong-ming.LIU Li-tian半导体温度传感器研究进展综述-传感
器与微系统2006,25(3)
半导体温度传感器体积小、功耗低,且能与其他外围控制电路集成在同一芯片上,其应用领域广阔.评述了各种半导体温度传感器的基本实现方式、发展现状,总结了现有各种设计方法中的关键技术及其存在的问题和改进方向.
2.期刊论文徐宁.余世杰.杜少武.Xu Ning.Yu Shijie.Du Shaowu新型便携式太阳总辐射仪的研制-太阳能学报
2000,21(1)
介绍了新型便携式太阳总辐射仪的设计与实现方法.它可实现瞬时太阳辐照度和一天至一周内太阳辐照度的测量与显示,同时还可实现现场环境温度的测量与显示.它由一个超低功耗智能型带12位A/D转换器和传感器宏编程语言解释程序的信号处理器和MAXIM低功耗集成电路与硅太阳电池及半导体温度传感器组成.通过对实测结果的分析,该仪器令人满意.
3.学位论文陆婷婷一种MEMS温度传感器的设计2008
温度传感器是工农业生产和科学研究过程中最常用的传感器之一，种类繁多，大致可分为传统分立式传感器和半导体温度传感器。
近年来，在微电子技术和微机械加工技术基础上发展起来的MEMS传感器与传统的传感器相比，体积小、重量轻，易与IC工艺结合，而与一般的半导体传感器相比工作温度范围大，因此具有很大的优势。
1.提出一种新型的MEMS温度传感器，采用由导体/介质层/导体组成的多层梁固体可变电容结构。
多层梁固体可变电容的上下极板分别为金属和硅
，中间介质层为二氧化硅。
在温度变化时，梁的各层材料因热膨胀系数失配而产生热应力，使梁发生弯曲形变。
极板面积和间距的变化以及中间介质层在热应力作用下由于电致伸缩增强效应引起的介电常数的变化使得电容值发生改变，实现了温度-电容的转换。
这种基于热机械效应的MEMS温度传感器，与IC工艺兼容，体积小，成本低，其测温范围宽，可适合一些恶劣环境的测量。
由于采用电容检测，可以方便地与气压、湿度等电容型传感器互换接口，这也是本温度传感器的优点之一。
利用按层分析法对多层梁的二维模型进行理论计算，和ANSYS软件模拟出来的结果基本一致。
模拟了传感器尺寸与性能的关系曲线，得出选用大面积，低厚度的梁，能够最大限度的提高传感器的灵敏度。
定量计算了极板间距变化和面积变化引起的电容变化量。
2.温度传感器的工艺设计方面涉及多种单步IC和MEMS工艺，力求与标准CMOS工艺相兼容。
详细介绍了主要的加工工艺——键合、光刻、各向异性腐蚀和干法刻蚀的相关工艺以及具体的操作方法，制作出了多层悬臂梁结构的温度传感器，三层膜分别为Al、SiO2和低阻硅。
3.通过2次实际工艺流水制作出了多层膜电容式温度传感器的样品，并搭建了简易的测试系统，对其性能进行测试，实际测试了尺寸为
1500μm×300μm和2000μm×500μm的样品。
在-40℃～90℃的温度范围内，灵敏度分别为3.5fF/℃和7.6fF/℃。
电容由介电常数变化引起的电容变化量分别为0.42pF、0.892pF，而由几何形变产生的电容变化量约为0.03pF、O.098pF。
分析结果表明：介电常数变化是引起的电容变化的主要原因，极板间距的变化对电容变化的贡献可忽略。
4.对下一步的研究工作做了总结并提出了不足和建议。
1.王俭.施教芳.林志浩CPU芯片温升与其使用率关系研究[期刊论文]-微电子学与计算机 2008(4)
本文链接：/Periodical_ybjsycgq200312001.aspx
授权使用：郑州大学(zzdx)，授权号：44ccfca5-2611-4963-94d4-9eb2000ab008
下载时间：2011年3月26日。