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第1章 绪论 1

1.1 传感器和现代科技 1

1.2 传感器的定义和分类 2

1.3 传感器的构成 4

1.4 传感器技术的发展趋势和方向 8

第2章 传感器特性与评价 10

2.1 传感器的总特性 10

2.2 传感器的静态特性 11

2.3 传感器的动态特性 14

2.3.1 频率特性及其动态品质之间的关系 14

2.3.2 时域响应特性和动态品质指标 17

2.4 传感器的误差和信噪比 19

2.5 传感器的可靠性 21

2.6 传感器的选择标准 25

第3章 传感器功能材料 27

3.1 功能材料的特点与分类及其和传感器的关系 27

3.1.1 功能材料的发展 27

3.1.2 功能材料的特点与分类 28

3.1.3 功能材料与传感器的关系 28

3.2 半导体材料 29

3.2.1 半导体材料的特性 29

3.2.2 半导体材料的分类 30

3.2.3 半导体硅材料 32

3.2.4 半导体材料在传感器中的应用 35

3.3 功能陶瓷材料 36

3.3.1 压电陶瓷 37

3.3.2 热释电陶瓷 39

3.3.3 固体电解质陶瓷材料 40

3.3.4 半导体陶瓷材料 40

3.3.5 功能陶瓷材料在传感器中的应用 43

3.4 功能高分子材料 43

3.4.1 导电高分子材料 44

3.4.2 压电和热电高分子材料 45

3.4.3 高分子化学敏感材料 45

3.4.4 反应型高分子材料 45

3.4.5 光敏高分子材料 46

3.4.6 生物医用高分子材料 47

3.4.7 功能高分子材料在传感器中的应用 48

3.5 功能材料纳米结构和纳米碳管 49

3.5.1 纳米材料的结构 50

3.5.2 纳米材料的特性 50

3.5.3 纳米材料的制备 52

3.5.4 纳米碳管 53

3.5.5 纳米材料在传感器中的应用 56

第4章 微细加工技术 58

4.1 微细加工技术和传感器的发展 58

4.2 光刻技术 58

4.2.1 光刻工艺流程 59

4.2.2 光学光刻技术 60

4.2.3 电子束光刻技术 63

4.2.4 X射线光刻技术 64

4.2.5 离子束光刻技术 65

4.3 蚀刻技术 66

4.3.1 湿法蚀刻 66

4.3.2 干法蚀刻 74

4.4 半导体掺杂 83

4.4.1 扩散 83

4.4.2 离子注入 86

4.5 薄膜技术 88

4.5.1 化学气相淀积技术 88

4.5.2 硅的热氧化制膜技术 91

4.5.3 真空蒸发镀膜技术 93

4.5.4 离子溅射镀膜技术 94

4.6 厚膜技术 95

4.6.1 概述 95

4.6.2 厚膜材料 97

4.6.3 丝网印刷及其他成膜技术 100

4.6.4 厚膜烧结 104

4.6.5 厚膜元件的参数微调 105

4.7 软光刻技术 106

4.7.1 概述 106

4.7.2 软光刻应用领域 108

4.7.3 软光刻的关键技术 109

4.7.4 应用举例 113

4.7.5 展望 116

4.8 传感器封装技术 116

4.8.1 微电子连接技术 117

4.8.2 黏接技术 120

4.8.3 新连接技术 121

4.8.4 封接技术 124

第5章 传感器的基本物理原理、效应和器件 127

5.1 基本型传感器 127

5.2 组合型传感器 130

5.3 光传感器 130

5.3.1 光电效应 130

5.3.2 几种主要的光传感器 133

5.3.3 光电器件的基本特性 140

5.4 压电效应及压电材料 144

5.4.1 压电效应 144

5.4.2 压电材料 144

5.4.3 压电传感器的等效电路和测量电路 153

5.4.4 压电式传感器的应用 155

5.5 压阻效应和压阻器件 156

5.5.1 压阻效应 156

5.5.2 晶面晶向的表示方法 157

5.5.3 压阻系数 159

5.5.4 固态压阻器件 163

5.6 电磁效应和电磁元件 166

5.6.1 霍尔效应和元件 166

5.6.2 磁阻效应和元件 169

5.6.3 磁敏晶体管 172

5.7 基本电参量——电阻、电容、电感传感原理 176

5.7.1 电阻传感器 176

5.7.2 电容传感原理 179

5.8 弹性效应和弹性元件 180

5.8.1 弹性敏感元件的基本特性 181

5.8.2 弹性敏感元件的材料 186

第6章 物理传感器及主要物理量检测 189

6.1 温度传感器 189

6.2 压力传感器 190

6.3 流量传感器 191

6.4 位移传感器 192

6.5 速度传感器 194

6.6 加速度传感器 194

6.6.1 硅微电容式加速度传感器 195

6.6.2 硅微光波导加速度传感器 195

6.6.3 硅微压阻式加速度传感器 196

6.7 新型传感器 196

6.7.1 光纤传感器 196

6.7.2 表面声波传感器原理 208

第7章 化学传感器 215

7.1 电化学基本原理 215

7.1.1 电解质溶液 215

7.1.2 电极电位和原电池电动势 218

7.2 离子选择性电极 225

7.2.1 离子选择性电极的响应机理 225

7.2.2 离子选择电极 227

7.2.3 离子敏感场效应晶体管 231

7.2.4 电化学气体传感器 232

7.3 气敏传感器 239

7.3.1 氧化物半导体特性 239

7.3.2 半导体气敏原理 244

7.3.3 典型气敏传感器 248

7.4 固态电解质传感器 262

7.4.1 无机固态电解质气体传感器 262

7.4.2 高聚物固体电解质气体传感器 272

7.5 湿敏传感器 277

7.5.1 湿度及其表示方法 277

7.5.2 陶瓷湿敏传感器 279

7.5.3 电解质湿敏传感器 281

7.5.4 高分子湿敏传感器 282

7.5.5 纳米多孔Al2O3湿度传感器 283

7.6 电化学联用传感器 284

7.6.1 液相色谱／毛细管电泳-电化学传感器 284

7.6.2 光谱电化学联用传感器 285

7.6.3 石英晶体微天平——电化学系统 286

7.6.4 扫描电化学显微镜 287

7.6.5 电化学扫描隧道显微镜 288

7.6.6 电化学原子力显微镜 290

第8章 生物传感器 292

8.1 生物体分子识别能力和生物传感器机理 292

8.2 生物组分固定化技术 294

8.3 酶电极生物传感器 299

8.4 免疫传感器 304

8.4.1 抗原抗体的分子识别 304

8.4.2 电化学免疫传感器 304

8.4.3 光学免疫传感器 310

8.4.4 压电晶体免疫传感器 314

8.4.5 光酶免疫传感器和热免疫传感器 315

8.5 其他生物传感器 318

8.5.1 微生物传感器 318

8.5.2 组织传感器 321

8.5.3 磁性生物传感器 324

8.5.4 水溶性导电高分子生物传感器 324

8.6 生物芯片 327

8.6.1 概述 327

8.6.2 生物芯片的分类 328

8.6.3 核酸芯片 329

8.6.4 蛋白质芯片 334

8.6.5 组织芯片 337

第9章 传感器的集成化、智能化和网络化 339

9.1 智能传感器仪器系统概述 339

9.1.1 传感器智能化发展 339

9.1.2 智能化仪器系统 340

9.2 传感器信号采集和传输 342

9.2.1 信号采集 342

9.2.2 信号传输 342

9.3 传感器信号处理 348

9.3.1 传感器数据融合 349

9.3.2 传感器故障诊断 351

9.4 传感器特征抽取辨识和智能化新进展 352

9.4.1 小波变换 352

9.4.2 人工神经网络 354

9.4.3 随机共振 358

9.4.4 盲源分离 363

9.5 集成微系统和智能传感器 368

9.5.1 集成微系统概念 368

9.5.2 智能传感器 369

9.6 传感器网络 373

9.6.1 概念 373

9.6.2 基本要素 373

9.6.3 传感器网络的发展历史 373

9.6.4 传感器网络的意义 374

9.6.5 无线传感器网络的结构、特点及性能评价 375

9.6.6 智能尘埃（smart dust） 385

第10章 传感器的系统集成 394

10.1 传感器信号的标准化处理 394

10.1.1 传感器信号调理 395

10.1.2 传感器信号预处理 397

10.1.3 抗干扰设计 399

10.1.4 微弱信号提取 401

10.2 模-数转换器 403

10.3 嵌入式系统 409

10.3.1 嵌入式系统定义 409

10.3.2 嵌入式系统软件平台 415

10.3.3 嵌入式系统硬件平台 418

10.4 传感器的应用 424

10.4.1 传感器在汽车电子方面的应用 424

10.4.2 传感器在现代工厂化农业中的应用 425

10.4.3 传感器在过程工业控制中的应用 428

10.4.4 传感器在生物医学中的应用 429

10.4.5 传感器在机器人方面的应用 430

第11章 微机电系统发展的动向 439

11.1 历史回顾 439

11.2 发展趋势 443

参考文献 449