气敏传感器结构

2. 半导体型气敏传感器结构 （2）MOS场效应晶体管气敏传感器
原理：Pd对H2有很强的吸附性，当H2吸附在Pd栅极上时， Pd的功函数会降低。Pd-MOSFET气敏元件利用此特性检测 H2浓度。
1. 气敏传感器基本结构 2. 半导体型气敏传感器结构 3. 接触燃烧型气敏传感器结构 4. 电化学气敏传感器结构
气敏传感器结构
The structure of air-sensitive sensor
1. 气敏传感器基本结构 2. 半导体型气敏传感器结构 3. 接触燃烧型气敏传感器结构 4. 电化学气敏传感器结构
1. 气敏传感器基本结构 2. 半导体型气敏传感器结构 3. 接触燃烧型气敏传感器结构 4. 电化学气敏传感器结构
2. 半导体型气敏传感器结构
（1）MOS二极管气敏传感器 工艺：在P型半导体硅片上，利用热氧化工艺生成一层厚度为 50-100nm的Si02层，然后在其上面加入一层钯(Pd)的金属薄 膜，作为栅电极。
原理：由于Si02层电容Ca固定不变，而Si和Si02界面电容Cs是 外加电压的函数(其等效电路如图所示），因此总电容C也是栅 偏压的函数。其函数关系称为该类MOS二极管的C-U特性。由 于钯对H特别敏感，在钯吸附了H2以后，钯的功函数会降低， 导致MOS管的C-U特性向负偏压方向平移，如图曲线所示。根 据这一特性就可测定H2的浓度。
特点：用厚膜工艺制成的器件一致性较好，机械强度高，适于批量生产。
2. 半导体型气敏传感器结构
2.4非电阻型半导体气敏传感器
原理：利用MOS二极管的电容--电压特性的变化，以及MOS场点：此类器件的制造工艺成熟，便于器件集成化，因而其性能稳定 且价格便宜。利用特定材料还可以使器件对某些气体特别敏感。
1. 气敏传感器基本结构 2. 半导体型气敏传感器结构 3. 接触燃烧型气敏传感器结构 4. 电化学气敏传感器结构
4 . 电化学气敏传感器结构
4.1结构组成
组成：透气性隔膜、工作电极、对电极、参照电极和电解质 溶液组成的密封结构的合成树脂容器。
4 . 电化学气敏传感器结构
4.2典型测量电路
特点：制造工艺简单、成本低、功耗小，可以在高电压回路下使用。 缺点：热容量小，易受环境气流的影响，测量回路和加热回路间没有隔离而相互影响。
2. 半导体型气敏传感器结构 （2）烧结型旁热式
加热丝
测量电极
6 加热丝 1
测量电极 4
2
3
SnO2烧结体 瓷绝缘管
（a）结构
5 （b）符号
加热丝电阻值一 般为30Ω～40Ω
工艺：将加热丝放置在一个陶瓷管内，管外涂梳状金属电极作测量极，在金
属电极外涂上Sn02等材料。
原理：克服了直热式结构的缺点，使测量极和加热极分离，而且加热丝不与
气敏材料接触，避免了测量回路和加热回路的相互影响。
特点：器件热容量大，降低了环境温度对器件加热温度的影响，所以这类结 构器件的稳定性、可靠性都较直热式器件有所提高。
1. 气敏传感器基本结构
图1气敏传感器外观结构
图2气敏传感器电路符号
1. 气敏传感器基本结构 2. 半导体型气敏传感器结构 3. 接触燃烧型气敏传感器结构 4. 电化学气敏传感器结构
2. 半导体型气敏传感器结构
2.1电阻型半导体气敏传感器——烧结型
工艺：以多孔质陶瓷如Sn02为基材，添加 不同物质采用低温(700-900℃)进行烧结，烧 结时埋入铂电极和加热丝，最后将电极和加 热丝引线焊在管座上制成元件。
3. 接触燃烧型气敏传感器结构
3.1结构组成
接触燃烧式传感器由贵金属细丝线圈、氧化铝载体、引线、底座 及网罩构成。此传感器在电路结构上可分为对气体敏感的检测元件及 对气体不敏感的补偿元件两部分。
3. 接触燃烧型气敏传感器结构
3.2等效电路
图中F1是检测元件；F2是补偿元件， 其作用是补偿可燃性气体接触燃烧以外的环 境温度、电源电压变化等因素所引起的偏差。
2. 半导体型气敏传感器结构
2.2电阻型半导体气敏传感器——薄膜型
氧化物半导体 引线
加热器 引线
电极
单位：mm
电极 引线
工艺：用蒸发或溅射方法，在石英或陶瓷基 片上形成金属氧化物薄膜（厚度在100 nm 以下）。
基片 引线
特点：敏感膜颗粒很小，因此具有很高的灵 敏度和响应速度；低功耗、小型化，以及与 集成电路制造技术兼容，是一种很有前途的 器件。
2. 半导体型气敏传感器结构
2.3电阻型半导体气敏传感器——厚膜型
0.5 (单位: mm)
33
氧化物半导体 Pt电极 氧化铝基片
7
器件加热用加热器 刷制厚膜电阻
工艺：将气敏材料(Sn02或Zn0)与一定比例的硅凝胶混合制成能印刷的厚膜胶， 把厚膜胶用丝网印刷到事先安装有铂电极的氧化铝的基片上，在400-800℃的 温度下烧结1-2小时便制成厚膜型气敏元件。
用途：检测还原性气体、可燃性气体和液 体蒸气。
缺点：由于烧结不充分，器件的机械强度 较差，且所用电极材料较贵重，电特性误差 较大。
2. 半导体型气敏传感器结构
（1）烧结型直热式
SnO2烧结体
加热极兼电极 3
41
3
1
2
4
2
(a)结构
(b)符号
工艺：将加热丝、测量丝直接埋入Sn02或Zn0等粉末中烧结而成的。 原理：工作时加热丝通电，测量丝用于测量器件阻值。