一种基于忆阻器的大测量范围新型曝光量传感器

发布时间：2019-08-07 14:15

【摘要】：为了增大曝光量传感器的测量范围,提出了一种基于忆阻器的新型曝光量传感器设计方案。该传感器主要由光敏电阻、限流电阻和忆阻器组成。光敏电阻的阻值随着光照度的变化而变化,引起回路电流的变化,然后以变化的回路电流激励忆阻器。依据记忆特性,传感器以忆阻器的阻值来表征物体被辐照时光照度在一段时间内的积分值,从而实现对曝光量的测量。实验结果表明,曝光量传感器实现了对曝光量的测量,且具有大的测量范围。光照度为100 lx时,测量范围为0~500lx·s;光照度以80 lx/s的稳定速率增大时,测量范围为0~1 000 lx·s。另外,限流电阻为0.2 MΩ时的测量上限值比10 kΩ时大780 lx·s,而灵敏度降低了87Ω/(lx·s)。增大限流电阻尽管可以增大传感器的测量范围,但是却降低了灵敏度。
【图文】：

一种基于忆阻器的大测量范围新型曝光量传感器,文常保;姚世朋;朱玮;洪吉童;巨永锋;《传感技术学报》;2017年07期

?06Ω。另外，忆阻器具有非易失性，当回路电流断开的时候，其阻值保持不变。因此，忆阻器从一出现，就获得了研究者的青睐，在数据存储和处理、图像处理和神经网络等领域得到了广泛的关注和研究［13－14］。正是针对目前曝光量测量方法中存在的不足，基于忆阻器具有的记忆特性、非易失性、阻值变化范围大等特点，提出了一种基于忆阻器的大测量范围新型曝光量传感器。1传感器结构及工作原理基于忆阻器的新型曝光量传感器由光敏电阻ＲG、限流电阻Ｒ、忆阻器M、电源和开关K组成。传感器的电路原理结构如图1所示。图1曝光量传感器的电路原理结构图当物体被一定强度的光照射时，曝光量Hv与光照度Ev之间的关系为Hv=∫Evdt(1)由基尔霍夫定律，可得图1电路中U=I(ＲG+Ｒ+M)(2)传感器电路中的光敏电阻ＲG的作用是将光照度从光信号转变为电信号，其阻值与单色入射光光照度Ev的关系为ＲG=1SgEγv(3)式中:Sg是光电导灵敏度，γ是光照度指数。限流电阻Ｒ的作用是限制回路电流的大小，调控忆阻器阻值的变化速率。另外，作为传感器核心器件的忆阻器是一种阻值可变的器件，，其在当前时刻的阻值取决于通过忆阻器的电流从过去到当前时刻的时间积分，即该时间段内通过忆阻器的电荷量。在图1所示的曝光量传感器电路中，光照度决定了光敏电阻的阻值，从而引起回路电流的变化。回路电流的时间积分(电荷量)决定了忆阻器阻值的大校又由式(1)知曝光量是光照度的时间积分。因此，曝光量决定回路电流的时间积分，决定忆阻器阻值的变化，从而能够用忆阻器阻值来表征曝光量，实现对曝光量的测量。以目前研究的比较广泛的TiO2/TiO2－n忆阻器为例，它由非掺杂区和氧?

一种基于忆阻器的大测量范围新型曝光量传感器,文常保;姚世朋;朱玮;洪吉童;巨永锋;《传感技术学报》;2017年07期

渥杵髯柚档谋浠嶝嘞佣釽芄挥?忆阻器阻值来表征曝光量，实现对曝光量的测量。以目前研究的比较广泛的TiO2/TiO2－n忆阻器为例，它由非掺杂区和氧空位掺杂区两部分串联组成［15］，其中非掺杂区的电阻率高而氧空位掺杂区的电阻率低，忆阻器的结构如图2所示。当忆阻器两端施加如图2所示的电压时，忆阻器中会通过从左向右的电流。非掺杂区与掺杂区的界面会随着通过的电荷量的增大而向右移动，此时非掺杂区的厚度w增大，掺杂区的厚度减小，忆阻器阻值增大。同理，施加相反的电压时，忆阻器阻值将减校图2TiO2/TiO2－n忆阻器结构图此时，忆阻器的阻值表示为M=Ｒ1+Ｒ2=Ｒoffx+Ｒon(1－x)(4)式中:Ｒoff为忆阻器的关态电阻;Ｒon为开态电阻;x为归一化厚度［15］，即非掺杂区厚度w与器件厚度D的比值，其变化率为dxdt=μＲonI(t)D2(5)式中:μ为掺杂物平均迁移率。由此，推导出曝光量Hv与忆阻器M之间的关系为dHv=D2Ev［(SgEγv)－1+Ｒ+M］μＲonU(Ｒoff－Ｒon)dM(6)2实验与结果分析2．1实验为了验证所提出的曝光量传感器设计方案，这里以TiO2/TiO2－n忆阻器为核心器件设计了一种曝光量传感器。传感器中选用的器件如下所示。1002
【作者单位】：长安大学电子与控制工程学院微纳电子研究所;
【基金】：国家自然科学基金项目(60806043) 中央高校基本科研项目(310832171010) 中央高校教育教学改革专项项目(310632176401,310632171512)
【分类号】：TP212

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