电阻式半导体气体传感器
化学电阻气体传感器种类及特点
化学电阻气体传感器种类及特点化学电阻气体传感器是一种常用的气体传感器，可以用于检测和测量空气中的各种气体浓度，广泛应用于环境监测、工业生产、安全防护等领域。
根据其工作原理和传感材料的不同，化学电阻气体传感器可以分为几种不同的类型，每种类型都有其特点和适用范围。
1. 金属氧化物传感器（Metal Oxide Semiconductor Sensor，简称MOX）：金属氧化物传感器是最常见的一种化学电阻气体传感器。
它的工作原理是通过金属氧化物材料与气体发生化学反应，改变电阻值来检测气体浓度。
金属氧化物传感器具有灵敏度高、响应快、成本低的特点，可以检测多种气体，如一氧化碳、二氧化硫、甲醛等。
但是金属氧化物传感器对温度和湿度的变化较为敏感，需要进行温湿度补偿。
2. 电化学传感器（Electrochemical Sensor）：电化学传感器是另一种常见的化学电阻气体传感器。
它的工作原理是利用电化学反应测量气体浓度。
电化学传感器通常由电极、电解质和反应物组成，当目标气体与电极上的反应物发生反应时，会引起电流或电压的变化。
电化学传感器具有高精度、低功耗和长寿命的特点，可以检测多种气体，如氧气、一氧化碳、二氧化硫等。
但是电化学传感器对温度和湿度的变化也较为敏感。
3. 半导体气体传感器（Semiconductor Gas Sensor）：半导体气体传感器是一种基于半导体材料的化学电阻气体传感器。
它的工作原理是通过半导体材料与目标气体之间的相互作用来测量气体浓度。
半导体气体传感器具有灵敏度高、响应快、体积小、成本低的特点，可以检测多种气体，如甲醛、乙醇、甲烷等。
但是半导体气体传感器对温度和湿度的变化较为敏感，需要进行温湿度补偿。
4. 光学气体传感器（Optical Gas Sensor）：光学气体传感器是一种基于光学原理的化学电阻气体传感器。
它的工作原理是通过光的吸收、散射或透过程度来测量气体浓度。
光学气体传感器具有高灵敏度、快速响应和高选择性的特点，可以检测多种气体，如二氧化碳、氨气、二氧化硫等。
半导体气敏传感器分类
B、烧结型气体传感器的工作特性 1)气敏特性
遇H2、CO、碳氢化合物等(还原性即可燃性)气体， 材料表面层电阻率减小；遇O2等氧化性气体时，材料 表面层电阻率增大。
在检测前，材料表面原已吸着氧，所以对可燃 性气体更敏感。最佳工作温度一般多在200～500℃ 范围内。为使传感器能在这样高的温度范围稳定工 作，具有高温稳定性的半导体材料只有金属氧化物， 常见的是SnO2和ZnO。
C、体电阻控制型气敏传感器 1)Fe2O3系列 Fe2O3系列现有α-Fe2O3和γ-Fe2O3。主要检测液 化石油气、煤气和天然气。α-Fe2O3对水蒸气和乙醇 不灵敏，特别适合做家庭可燃气报警器。 2)氧气传感器 Nb2O5对氧气敏感。用其制成氧传感器检测汽车发 动机和锅炉等所排废气中的氧气分压强，以控制其最佳 燃烧状态，以达节能目的。
厚膜型气敏元件将气敏材料（如SnO2、ZnO）与 一定比例的硅凝胶混制成能印刷的厚膜胶。
工艺最成熟的是烧结型的。烧结型气敏元件将元件的 电极和加热器均埋在金属氧化物气敏材料中, 经加热成型 后低温烧结而成。 目前最常用的是氧化锡（SnO2）烧结 型气敏元件, 它的加热温度较低, 一般在200～300℃, SnO2气敏半导体对许多可燃性气体, 如氢、 一氧化碳、 甲烷、丙烷、乙醇等都有较高的灵敏度。
A、烧结型气体传感器的结构与符号 烧结型气体传感器的加热方式分为直热式和间热式两种, 其结构与符号如图4-2-1、4-2-2所示。
加热极兼电极
直热式的加热 丝兼作电极。其结 构简单、成本低、 功耗小；但热容量 小，易受环境气流 影响；因加热丝热 胀冷缩，易使之与 材料接触不良；在 测量电路中，信号 电路和加热电路相 互干扰。
在片状多孔陶瓷 的两表面烧结多孔金 属电极模，焊接铂铑 引线，封装于带筛网 孔的方形塑料外壳内。 这种传感器不须用加 热器，只需0.5mW的微 小功率即可使用。已 广泛应用于轻纺、食 品加工、仓库管理、 环境保护、家用电器 等许多领域。
ZnO气体半导体传感器简单介绍
ZnO的制备
• 液相法是在制备过程中，通过化学溶液作为传递能量的 媒介，从而制备各种纳米、溶剂热法、微乳液法、化学 反应自组装法（、液相模板法等。随着研究发展，目前 也发展了一些不属于以上两种的方法，比如像光刻也可 以用来制备纳米材料。
ZnO气敏性原理
材料表面吸附各种不同气体后，材料电阻率发生变化， 从而表现出气敏特性。ZnO材料对CO、C2H5OH、H2、NO2 等气体比较敏感，电阻率变化比较大，从而是气敏元件 的一种良好选择材料。当ZnO材料吸附还原性气体时， 电阻率随气体浓度升高而降低；反之，吸附氧化性气体 时电阻率随气体浓度升高而增大。这就为ZnO材料制作 气敏元件奠定了基础。此外，随着ZnO纳米技术的发展， 纳米材料比表面积较大，化学活性提高，从而可以提高 材料气敏特性。目前，使用各种技术已经制备出了对CO、 CH4、H2等气体有较高灵敏度的ZnO纳米气敏元件
ZnO半导体传感器检测气体
• ZnO器件主要用来检测可燃性和还原性气体。 • 完整的氧化物不具有半导体的性质，因此，常利用掺杂ZnO或
• •
其复合材料作为气敏材料。例如：将Cr203一ZnO复合材料对 NH3具有了很高的灵敏度和选择性；ZnO／Zn2Sn04 、 ZnO— CuO复合材料可以选择性地检测CO气体；Zn2Fe2SO4／ZnO 复合材料甲醇、乙醇和丙醇都具有较高的灵敏度。 另外ZnO表面修饰上贵金属也可以极大地改变其气敏性质。例 如：在ZnO纳米线上面修饰Au以后，对CO体具有高的灵敏度； 在ZnO薄膜和棒上负载上Pt发现负载后的样品在室温下可以极 大地提高对H2敏感度：ZnO纳米线上吸附上Pd发现可以提高 材料对乙醇的灵敏度。
半导体气体传感器——ZnO
气体传感器的应用
半导体气体传感器原理
半导体气体传感器原理
半导体气体传感器是利用气体在半导体表面的氧化还原反应导致敏感元件电阻值发生变化而制成的。
具体来说，当气体接触到半导体表面时，被吸附的分子首先在物体表面自由扩散，失去运动能量，一部分分子被蒸发掉，另一部分残留分子产生热分解吸附在物体表面。
如果半导体的功函数小于吸附分子的亲和力，则吸附分子将从器件夺走电子而变成负离子吸附，半导体表面呈现电荷层。
例如氧气，等具有负离子吸附倾向的气体被称为氧化型气体。
如果半导体的功函数大于吸附分子的离解能，吸附分子将向器件释放出电子，而形成正离子吸附。
具有正离子吸附倾向的气体有氢气、一氧化碳等，它们被称为还原性气体。
当氧化型气体吸附到n型半导体，还原性气体吸附到p 型半导体上时，将使半导体载流子减少，而使电阻增大。
当还原型气体吸附到n型半导体上，氧化型气体吸附到p型半导体上时，则载流子增多，半
导体阻值下降。
以上信息仅供参考，如需了解半导体气体传感器原理的更多信息，建议查阅相关书籍或论文。
气体检测仪中的半导体式气体传感器优缺点
气体检测仪中的半导体式气体传感器优缺点气体传感器是一种能够探测周围环境中气体浓度的装置。
气体传感器广泛应用于环境监测、安全检测、医疗检测等领域。
根据不同的测量原理，气体传感器可以分为多种类型，其中半导体式气体传感器是比较常见的一种类型。
半导体式气体传感器的工作原理半导体式气体传感器的工作原理与半导体材料中所含的掺杂物有关。
当掺杂物的浓度发生变化时，会改变半导体材料的电学性质，从而影响其导电能力。
因此，通过对半导体材料的电阻变化的测量，可以获取气体浓度信息。
半导体式气体传感器通常是由一个电阻器和一个敏感层组成。
敏感层一般是一层半导体材料，其电阻随着气体浓度的变化而变化。
当敏感层暴露在气体环境中时，气体分子会与敏感层表面发生物理或化学反应，导致敏感层电阻发生变化。
该变化的幅度与被测气体的浓度成正比。
半导体式气体传感器的优点半导体式气体传感器具有以下优点：1. 价格较低相对于其他气体传感器，半导体式气体传感器的价格较为低廉。
这使得它成为大批量生产的理想选择。
2. 灵敏度高由于半导体式气体传感器的敏感层是非常薄的一层材料，因此它具有比较高的灵敏度。
它可以检测非常低浓度的气体，响应速度也比较快。
3. 体积小、重量轻半导体式气体传感器的体积较小、重量较轻，这使得它可以方便地嵌入到各种设备中，如气体检测仪、个人气体监测器等。
半导体式气体传感器的缺点半导体式气体传感器也具有以下缺点：1. 精度较低因为半导体材料的响应可能会受到很多因素的影响，比如温度、湿度以及其他气体的存在等，所以半导体式气体传感器的精度可能会受到一些限制。
2. 只适用于特定的气体半导体式气体传感器的敏感层选择非常重要，不同的敏感层对不同的气体响应有着不同的特性。
因此，如果需要检测多种气体，则需要配备多个不同的半导体式气体传感器。
3. 长期稳定性差半导体式气体传感器受到温度、湿度等因素的影响，同时，由于敏感层接触气体表面的反应并不是一种可逆的过程，因此可能会发生漂移现象，导致长期稳定性较差。
电阻式半导体气体传感器
２０ ０ ６芷
仪 表 技 术 与 传 感 器
Ｉｓ ｍ ｅ ｎ ｔ ａｍ Ｔ ｃ ｎ ｑ ｅ ａ ｄ Ｓ ｎ ｏ ｎ ｅｈ ｉｕ ｎ ｅ ｓｒ
２ｏ ０６
Ｎｏ ７ ．
第 ７期
电 阻式 半 导体 气 体 传 感 器
张 强， 自生 管
ｆｂ ｃｔ ｎｏ ａ ｅ ｓｒ ｄｍｅｈｄ ｃｅ ｉｇｓｎｉｖｔ ｒ ｔ ｄ ｃ ｄｉ ｅａｌ ｅｐ ｃｉｅｙ ａｅ ｎｔｅｓ ｄｅ ｌ ｅｄ ａ Ｈ ａｏ ｇｓｓｎｏ ａ ｔｏ ｓｏ ｉ ｒａ ｎ ｅｓｔ ｉ ｗｅｅｉ ｒ ｕ ｅ ｎｄ ｔｉ，ｒｓ ｅｔ ｌ．Ｂ ｓｄｏ ｔ ｉｓｉ ｔｉ ｆ ｌ， ｉ ｆ ｓｎ ｆ ｎ ｓ ｉ ｙ ｎｏ ｖ ｈ ｕ ｎ ＩＳｉ
中图分类号 ：Ｎ ０ ；Ｐ １ Ｔ ３４Ｔ ２２
文ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ标识码 ： Ｂ
文章 编号 ：１２ ８１２ ０ ） ７ ０ ０ —０ １０ —１４ （０ ６ｃ — ０６ ４ ３ ｒ
Ｇａ ｅ ｓ ｒ ｆＥ ｅ ｔｉ ｓｓａ ｃ ｅ ｃ ｎ ｕ ｔ ｒ ｓＳ ｎ ｏ ｓｏ ｌｃｒｃＩ ｉｔｎ ｅ Ｓ ｍｉｏ ｄ ｃｏ ｓ
作用 的方式 同样 也具多样性 ， 因此给 出此类传 感器敏感机 理一
气敏材料作为传感器最 为关键 的一部分 ， 质直接影 响 其性 到传感器 的性能 ， 常见电阻式 敏感 材料见表 １主要分为金 属氧 ， 化物类 、 复合类 、 高分 子类 。其 中 ｓ０、ｎ 、ｅ０作 为 传统 金 ｎ２ＺＯ Ｆ ３ ： 属氧化物及其掺杂类 气敏材料已被广泛研究【］ １， ２ 但在实际应用 中存在选择性差 、 温度高 、 操作 稳定性 差等 问题 ， 近十几年 来对
来看， 半导体气体传感器是应用最为广泛的。半导体传感器包
电阻式半导体气敏传感器的基本性能分析
电阻式半导体气敏传感器的基本性能分析09电本120091004106 成绩：摘要：利用理论分析与参阅相关技术手册，了解电阻式半导体气敏传感器的结构，基本原理，推导气敏传感器的特性参数：电阻值，灵敏度，漂移等。
能够在充分研究理论知识之后，学会简单的应用，设计电路，利用温度补偿降低其对传感器稳定性的影响。
关键词：电阻半导体气敏传感器基本原理特性参数温度补偿The basic performance analysis of Resistance-typesemiconductor gas sensorAbstractAccording to the theoretical analysis, refer to the relevant technical manual to understand the structure of Resistance-type semiconductor gas sensor and it's basic principles. Derive the characteristic parameters of gas sensors,like sensitivity, linearity, drift, selection characteristics.Making full use of the theoretical knowledge , learn simple applications to design a circuit for using the temperature compensation to reduce its impact on the stability of the sensor.Keywords:Resistance-type semiconductorbasic principles characteristic parameters the temperature compensation引言气敏传感器是用来检测气体类别、浓度和成分的传感器。
简述半导体气体传感器工作原理
简述半导体气体传感器工作原理
半导体气体传感器是一种常用的气体检测设备，广泛应用于工业生产、环境监测、安全防护等领域。
其工作原理基于半导体材料对不同气体的吸附作用，通过测量半导体材料电阻的变化来实现气体浓度的检测。
半导体气体传感器的核心部件是由半导体材料制成的传感元件。
当目标气体接触到传感元件表面时，会发生化学反应，导致传感元件表面电子浓度的变化。
这种表面电子浓度的变化将影响半导体材料的电阻，从而实现对气体浓度的监测。
半导体气体传感器的工作原理是基于半导体材料的吸附作用。
不同的气体在半导体表面的吸附作用不同，导致表面电子浓度的变化也不同。
通过测量半导体材料电阻的变化，可以间接地反映出目标气体的浓度。
半导体气体传感器还可以通过加热传感元件来提高传感器的灵敏度。
加热传感元件可以促进目标气体在表面的吸附和反应，从而加快传感器的响应速度和稳定性。
总的来说，半导体气体传感器的工作原理是基于半导体材料表面对目标气体的吸附作用，通过测量半导体材料电阻的变化来实现对气体浓度的检测。
通过不断优化传感元件的材料和结构，可以提高传感器的检测灵敏度和稳定性，满足不同应用场景的需求。
半导体气体传感器工作原理
半导体气体传感器工作原理半导体气体传感器，这名字听起来挺高大上的，但其实它就像是我们日常生活中的一个小帮手，默默无闻地在那儿工作。
想象一下，你在家里做饭，油烟机一开，厨房里瞬间弥漫着各种气味，这时候如果家里有个半导体气体传感器，它就会像一个小侦探一样，帮你检测空气中的气体成分。
肯定有人会问，它到底是怎么做到的？别急，我慢慢来给你讲。
半导体气体传感器的工作原理其实挺简单的。
它的核心材料通常是一些特定的半导体材料，比如说二氧化钛、锡氧化物等等。
这些材料在空气中待久了，会吸附一些气体分子，像是小海绵一样，滋润得不得了。
好吧，开个玩笑，实际上它们是通过化学反应来改变自己的电阻值。
当某种气体进入传感器时，这些气体分子就会和半导体材料发生反应，结果就是电阻值会发生变化。
没错，简单来说，就是电阻变了，电流也就随之变化了。
这就好比你在路上碰到朋友，跟他打招呼一样。
电阻和电流之间的这种互动就像你们之间的交流，友好、亲切，又有点紧张。
这种变化是可以通过电路来检测的，电路就像是个老好人，能够把这些变化转化成信号，告诉你“嘿，空气里有啥气体哦！”。
哇，听起来是不是有点像科幻电影里的高科技设备？半导体气体传感器的用途可不止检测厨房里的油烟。
它可以用在很多地方，比如说工业领域、环境监测、汽车排放检测等等。
你知道吗？在工厂里，如果有有害气体泄漏，传感器会立马报警，确保工人们的安全。
这就像一个忠实的守卫，时刻关注着你身边的一切。
真是让人感到安心。
再说说它的反应速度。
半导体气体传感器反应速度可快了！就像闪电一样，转眼之间就能给你答案。
因为它的结构很简单，不需要经过复杂的处理，就能在短时间内检测到气体的变化。
这样一来，很多场合都能用得上，生活中大大小小的问题，都能找到它的身影。
多实用啊，简直是“随叫随到”的小助手。
不过，半导体气体传感器也有自己的“小脾气”。
它对环境的变化可敏感了，比如温度、湿度这些，都可能影响它的表现。
想象一下，外面下雨了，空气湿气重，它可能就会有些“情绪波动”，导致检测结果不太准确。
半导体气体传感器的工作原理
半导体气体传感器的工作原理
半导体气体传感器是一种常见的气体检测设备，它可以检测空气中的各种气体浓度，如甲醛、二氧化碳、一氧化碳等。
其工作原理是基于半导体材料的电学特性，通过测量半导体材料的电阻变化来检测气体浓度。
半导体气体传感器通常由两个电极和一个半导体材料组成。
当气体分子进入半导体材料时，它们会与半导体材料中的自由电子或空穴发生反应，导致半导体材料的电阻发生变化。
这种变化可以通过测量电极之间的电阻来检测气体浓度。
半导体气体传感器的灵敏度和选择性取决于半导体材料的种类和结构。
常见的半导体材料包括二氧化锡、氧化锌、氧化铟等。
这些材料的电学特性可以通过控制其晶格结构、掺杂杂质等方式进行调节，从而实现对不同气体的检测。
半导体气体传感器具有响应速度快、体积小、功耗低等优点，因此被广泛应用于空气质量监测、工业安全、医疗诊断等领域。
但是，由于半导体材料的灵敏度和选择性受到温度、湿度等环境因素的影响，因此在实际应用中需要进行校准和补偿。
半导体气体传感器是一种基于半导体材料电学特性的气体检测设备，其工作原理简单、灵敏度高、响应速度快，具有广泛的应用前景。
电阻式半导体气体传感器
Gas Sensors of Electric Resistance Semiconductors
ZHANG Qiang , GUAN Zi2sheng ( College of Materials Science and Engineering , Nanjing University of Technology , Nanjing 210009 , China)
嵌苯 、蒽Leabharlann 、β- 胡萝卜常温NH3 、NO2 、 H2 、 H2S、Cl2等
由表 1 可以看出 ,气敏材料具有多样性 ,气敏材料与气体 作用的方式同样也具多样性 ,因此给出此类传感器敏感机理一 个统一的理论解释是比较困难的 。依据电阻式半导体气体传 感器借助物质的吸附作用并引起表面化学反应和体原子价态 的变化而导致半导体的电阻不同来识别不同物质的原理 ,提出 了表面电荷层模型 、接触粒界势垒模型 、能级生成理论模型 、体 原子价控制模型[12] ,这些模型的敏感机理均可以理解为气体与 敏感材料相互作用时电子之间的相互转移 。但目前更广泛的是
被氧化还原 ,当它们与气体接触时原子价态将发生变化 ,气敏
材料的体电阻发生变化 ,在空气中时 ,氧化物呈高阻态 ,遇到还
原性气体时 ,氧化物呈低阻态[19] ,期间发生了如式 (3) 所示的反
应利用这一原理工作的气敏传感器被称为体效应控制型气体
传感器 。
γ-
Fe2O3 (高阻态)
还原性气体 氧化性气体
基金项目 :江苏省高校科学自然科学基金项目 (04JB430039) 收稿日期 :2005 - 09 - 26 收修改稿日期 :2006 - 02 - 09
们的衍生物 。近些年来 ,聚吡咯 、二萘嵌苯 、蒽 、β- 胡萝卜也被 作为气敏材料进行了研究 。
半导体式气体传感器原理
半导体式气体传感器原理1 引言随着工业和生活的不断发展，对环境监测的需求越来越重要。
其中，气体传感器作为环境监测的重要工具之一，不仅应用于工业生产中的安全监测，也被广泛应用于家庭、医疗等领域。
半导体式气体传感器由于其优良的性能和成本优势，成为目前最为常用的一种气体传感器。
本文将重点阐述半导体式气体传感器的原理及其应用。
2 半导体式气体传感器的原理传统的气体传感器中，电子传输受到氧分子和其他气体的影响而导致电阻率变化。
而半导体式气体传感器则是利用了半导体材料与气体相互作用后电阻率变化的性质而设计的一种传感器。
通常情况下，半导体材料的电阻率与它的载流子密度有关，而载流子密度是由气体分子与半导体表面发生的化学反应所决定的。
当感测层暴露在外界气体中时，感测层表面的半导体材料会与气体分子进行化学反应，导致半导体材料表面的载流子密度发生变化，从而改变感测层的电阻率。
通过测量感测层电阻值的变化，可以检测到气体浓度的变化。
因此，半导体式气体传感器的检测原理是基于半导体材料表面与气体分子发生化学反应导致电阻率的变化。
目前市场上主要的半导体式气体传感器有两种：一种是基于电化学原理的传感器，例如气体多参数传感器等；另一种是基于半导体材料表面与气体分子发生化学反应的传感器，例如一氧化碳（CO）传感器、可燃气体传感器等。
电化学检测是基于气体被电化学反应改变电极电位而进行测量，而化学吸附检测则是根据气体分子在半导体表面化学反应而发生电阻值变化来进行测量。
4 半导体式气体传感器的特点半导体式气体传感器的特点如下：（1）灵敏度高：由于半导体材料表面与气体分子发生化学反应所导致的载流子密度变化，所以其对气体的检测灵敏度高，能够检测到非常微小的气体浓度变化。
（2）响应速度快：半导体材料表面与气体分子进行化学反应的过程是一个快速的过程，因此，半导体式气体传感器的响应速度非常快，能够在短时间内检测到气体浓度的变化。
（3）体积小：半导体材料可以通过微型加工工艺制成微小的芯片，因此半导体式气体传感器具有非常小的体积，在一些需要空间有限的场合下非常适用。
2023年半导体式气体传感器行业市场分析现状
2023年半导体式气体传感器行业市场分析现状半导体式气体传感器是一种基于半导体材料电阻变化原理的气体检测设备。
它具有响应快、体积小、功耗低、成本较低等优势，被广泛应用于环境监测、工业安全、室内空气质量检测等领域。
目前，半导体式气体传感器市场正处于快速发展阶段。
首先，半导体式气体传感器市场正逐渐从传统工业应用扩展到智能家居、汽车、智慧城市等领域。
随着智能家居和智慧城市的快速发展，对气体传感器的需求也日益增加。
例如，智能家居中的室内空气质量检测、燃气检测等需求，都需要使用半导体式气体传感器来实现。
其次，环境污染问题引发了对气体传感器的需求增长。
随着环境污染问题的逐渐加剧，对空气质量、水质等的监测需求也日益增加。
半导体式气体传感器能够快速、准确地检测出环境中的有害气体，因此得到了环保部门和监测机构的广泛应用。
再次，半导体式气体传感器市场竞争激烈，产品更新换代速度快。
随着科技的不断进步，气体传感器技术也在不断创新。
新型材料、新工艺的应用使得气体传感器的性能不断提高，这也使得市场竞争变得更加激烈。
传感器制造商需要不断提升技术实力、降低成本，以获得更大的市场份额。
最后，半导体式气体传感器市场还存在一些挑战。
首先是传感器的可靠性和精度问题。
由于传感器需要在各种环境条件下稳定工作，因此可靠性是一个重要的考量指标。
同时，精度问题也是需要解决的难题。
其次是对新型气体传感器的需求。
随着工业化进程的发展，新型气体传感器市场潜力巨大，但研发周期长、技术难度高，制约了市场的发展。
最后是标准化和市场准入问题。
目前，半导体式气体传感器市场缺乏统一的标准，产品质量和性能差异较大。
同时，市场准入门槛低，导致市场中存在着一些性能不达标的产品。
综上所述，半导体式气体传感器市场目前正处于快速发展阶段。
随着智能家居和智慧城市的发展，环境污染问题的逐渐加剧，气体传感器的需求将进一步增长。
然而，市场竞争激烈，新技术的应用和产品质量的提升依然是面临的挑战。
电阻型半导体气体传感器的概况
１６ 年 半导体金属氧化 物陶瓷气体传感器 问世 以 ９２
０ 引 言
传感技术是当今世界发展最为迅速的高新技术 之一 ， ７ 年代末以来 ， 从 ０ 由于电子计算机技术的高速 发展 ， 以及对智能机器人的需要 ， 世界各国普遍重视
表面控制型气体传感器可分为非加热式（ 自加热 式 ）直热式、 、 旁热式 、 烧结型气体传感器 、 厚膜型气体
《 陶瓷学报｝ ０ １年第 ４期 ２１
传感器及薄膜型气体传感器等【。 ｌ 目前已商 品化的有 蜘
ｓ ０ ，ｎ ｎ ２ Ｏ等。 Ｚ 这里简述其结构、 原理和制造工艺。
的电子 向位于低能级 的吸附粒子转移 ， 结果 ， 吸附粒
极管和 ＭＯ — Ｅ Ｓ Ｆ Ｔ等。 本文主要概述关于 电阻型气体
随着科技水平的发展 ， 气体检测在地震预报 、 矿井安 全、 石油勘探 、 医疗卫生 、 污染源检测 、 化工过程控制 、 冶金等传统工业乃至现在所有的新技术革命带头学
科如生物科学、 电子学 、 微 新型材料等领域均有着越
半导体 的费米能级高的位置 ， 由于主体的吸附 ， 电子
从气体向半导体 侧移 动 ， 附粒子因失去电子带正 吸
电， 成正电荷吸附 ， 能带向与负 电荷吸附相反的方向 弯曲 ， 即向下弯 曲。 正是 由于半导体表面和气体之间
在低温下烧结 。 制作方法简单 ， 但选定烧结温度很重
要。 若烧结温度过低 ， 则元件的机械强度不好； 若烧结
第３ ２卷第 ４期 ２１ ０ ＲＮＡＬ ＯＦ ＣＥＲ Ｉ ＡＭ ＣＳ
Ｖ０１３２ ． ．Ｎｏ． ４ Ｄｅ ２０１ ｃ． １
电 阻型半 导体气 体 传感 器 的概 况
半导体烟雾传感器的介绍
半导体烟雾传感器介绍
一、工作原理
半导体烟雾传感器是一种基于半导体材料制成的气体传感器，可以检测空气中某些特定气体的浓度。
其工作原理主要是通过敏感材料（如金属氧化物等）的电阻值变化来检测气体浓度。
当气体接触到敏感材料时，会与材料中的自由电子发生反应，导致材料的电阻值发生变化。
这个变化被转化为电信号，从而实现对气体浓度的检测。
二、特点
1.高灵敏度：半导体烟雾传感器具有高灵敏度，可以检测到低浓度的气体，
如烟雾、一氧化碳等。
2.快速响应：传感器对气体的反应速度很快，可以在短时间内给出检测结果。
3.稳定性好：经过适当的工作条件调整和老化处理，传感器的性能稳定，不
易出现漂移和失真。
4.寿命长：在正常工作条件下，传感器的使用寿命可长达数年。
5.体积小：这种传感器体积小，易于集成到各种设备和系统中。
三、应用领域
1.家庭安全：可以安装在家庭烟雾报警器中，用于检测室内空气中的烟雾和
一氧化碳浓度，保障家庭安全。
2.工业过程控制：可以用于工厂、矿井等场所的气体监测，以确保工作场所
的安全。
3.环境监测：可以用于监测大气、室内空气等环境中的烟雾和有害气体浓度。
4.科研领域：在科研领域，可以利用半导体烟雾传感器研究不同气体对半导
体材料的影响，进一步探索材料物性。
简要介绍电阻型半导体气敏传感器的工作原理。
简要介绍电阻型半导体气敏传感器的工作原理。
电阻型半导体气敏传感器是一种常用的气体检测器件，可用于检测各种气体的浓度和存在。
该传感器主要由感受层、电极和封装外壳组成。
感受层通常由有机半导体材料制成，如聚合物或碳黑等，这些材料具有吸附气体的能力。
电极由金属导体制成，与感受层紧密接触，用于测量电阻值变化。
封装外壳则起到保护传感器内部结构的作用。
传感器的工作原理可以分为三个阶段：吸附阶段、导电阶段和恢复阶段。
在吸附阶段，传感器暴露在待测气体环境中，气体分子会被感受层表面的活性位点吸附。
吸附过程会导致感受层的电荷分布发生变化，从而改变了导电层的电阻。
吸附作用与气体浓度成正比，因此电阻值的变化可以用来表示气体的浓度。
在导电阶段，传感器的电阻值与待测气体的浓度成正比。
这是因为感受层与导电层之间的电荷传输和电子传导被气体分子的吸附行为所影响。
当感受层吸附更多气体分子时，气体分子与导电层之间的电子传导路径被阻碍，导致电阻值增加。
因此，电阻型半导体气敏传感器的检测灵敏度随着气体浓度的增加而增加。
在恢复阶段，传感器暴露在无待测气体的环境中，吸附在感受层上的气体分子逐渐脱附。
这个过程被称为恢复。
恢复时间取决于感受层和待测气体的性质，以及环境条件。
传感器需要一定的恢复时间才能回到初始基准阻值。
根据不同的气体特性和应用需求，电阻型半导体气敏传感器可以选择不同的感受层材料。
常见的有机半导体材料如氧化锡（SnO2）、氧化锆（ZrO2）和二氧化钛（TiO2）等，研究表明这些材料能够对多种气体产生响应。
此外，添加不同的添加剂和改变感受层的结构也可以使传感器对特定气体产生高选择性。
电阻型半导体气敏传感器在许多领域有广泛应用。
例如，它可以用于检测室内空气质量、工业过程控制、环境监测等。
最近，随着人们对环境污染和室内空气质量的关注不断增加，电阻型半导体气敏传感器的需求也越来越大。
在未来，该技术可能会继续发展，以提高传感器的灵敏度、选择性和稳定性，并应用于更广泛的领域。
半导体气体传感器原理
半导体气体传感器原理
半导体气体传感器是一种常见的气体检测技术，其原理基于半导体材料对气体的敏感性。
半导体气体传感器通常由半导体材料制成，如锡二氧化物（SnO2）、氧化锌（ZnO）等。
这些材料具有半导体性质，能够在一定条件下改变电阻，其导电性能会随着周围气体组分的变化而发生变化。
当半导体气体传感器暴露于待测气体环境中时，被检测的气体分子会与半导体材料表面相互作用。
这些气体分子会吸附在半导体材料表面，导致电荷转移和电子掺杂效果的改变。
这种改变会导致半导体材料的电阻产生变化。
通过测量半导体材料电阻的变化，可以判断待测气体环境中的气体浓度或种类。
一般来说，气体浓度的增加会导致电阻的减小，而不同气体的作用对电阻的影响程度也不同。
因此，半导体气体传感器可以通过测量电阻的变化来间接检测气体的存在和浓度。
一般情况下，传感器上会通过一定的电路进行电阻读数，并将读数转换成与气体浓度相关的信号输出。
需要注意的是，半导体气体传感器的灵敏度和选择性可能会受到环境条件的影响。
例如，温度、湿度等因素都可能对传感器的检测能力产生影响。
因此，在使用半导体气体传感器时，需要根据具体应用场景对传感器进行校准和适配，以确保可靠的气体检测结果。
气敏传感器的原理
气敏传感器的原理
红外线型气敏传感器是一种利用红外线光谱技术来检测气体成分的传感器。这种传感器通 常由红外光源、光探测器和过滤器组成。当红外光束通过目标气体时，不同气体分子会吸 收不同波长的红外光，导致光强减弱。通过测量不同波长的光强可以确定目标气体的成分 和浓度。红外线型气敏传感器具有高灵敏度、高选择性等优点，因此在环保、医疗等领域 得到广泛应用
以上是几种常见气敏传感器的原理，每种类型的气敏传感器都有其独特的特点和适用范围 。在实际应用中，需要根据具体需求选择合适的气敏传感器类型，以达到准确的检测效果
除了以上提到的几种常见气敏传感器原理，还有一些其 他类型的气敏传感器，例如红外线型气敏传感器、电容 型气敏传感器等。这些传感器各有其特点和应用场景， 下面简要介绍其中两种
气敏传感器的原理
光学型气敏传感器是一种通过测量气体对光信号的影响来检测气体浓度的传感器。这种传 感器通常由光源、光探测器和光学膜片组成。当光束通过光学膜片时，光束会受到目标气 体的吸收或散射作用，从而改变光强的分布。通过测量光强的变化可以确定目标气体的浓 度
半导体型气敏传感器
气敏传感器的原理
半导体型气敏传感器是一种利用半导体的物理特性来检测气体浓度的传感器。这种传感器 通常由一种半导体材料制成，当气体与半导体材料接触时，半导体的电阻值会发生变化。 通过测量电阻值的变化可以确定目标气体的浓度。半导体型气敏传感器具有灵敏度高、响 应时间短等优点，因此在许多领域得到广泛应用
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电容型气敏传感器
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气敏传感器的原理
电容型气敏传感器是一种利用电容原理来检测气体浓度的传感器。这 种传感器通常由两个平行电极和绝缘层组成。当目标气体与绝缘层接 触时，气体分子会吸附到绝缘层表面，导致电容值发生变化。通过测 量电容值的变化可以确定目标气体的浓度。电容型气敏传感器具有结 构简单、响应时间短等优点，因此在一些特殊领域得到应用，如检测 有毒有害气体等
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影响气敏特性的六个因素
1. 2.
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3. 4. 5. 6.
气敏材料不是单晶体；应该包括：… 为了改善气敏元件的选择性和灵敏度，一般往金属 氧化物中添加催化剂和其他氧化物，为提高元件强 度还需要添加粘合剂； 利用的是物质的表面； 表面与界面问题 元件工作在较高温度下(一般为200~400℃)；? 被测气体种类繁多，它们各有不同的特性； ? 吸附过程本身比较复杂，既有物理吸附，又有化学 吸附等。 讨论敏感机理
目前，正在积极开发的有金属／半导体结型二极管和金 属栅的 MOS 场效应晶体管的敏感元件，主要是利用它
们与气体接触后整流特性以及晶体管作用的变化，制成
对表面电位直接测定的传感器。
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气敏机理
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影响气敏特性的六个因素 四种模式的气敏机理 1. 整体原子价控制理论 2. 能级生成理论 3. 表面电荷层理论 4. 接触粒界势垒理论
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表面电荷层理论(气敏机理之三)
在金属氧化物表面上，由于表面结构的不 连续性或晶格缺陷，在吸附不同种类的气 体之后，将形成不同形式的表面能级。 表面能级与金属氧比物本体能带之间有电 子的接受关系，因而形成表面的空间电荷
层。
由于吸收不同种类气体之后空间电荷层变 化，从而引起气敏元件电阻值的变比。
另外，其使用场所以工厂现场和家庭为主，
只是在选择标准方面有些不同。
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气体传感器的分类
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气体传感器从结构上区别可分为两大类：
（1）干式气体传感器
（2）湿式气体传感器。
凡构成气体传感器的材料为固体者均称为 干式气体传感器；
凡利用水溶液或电解液感知待测气体的称 为湿式气体传感器。
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接触粒界势垒理论(气敏机理之四)
本理论是根据多晶半导体能带模型；
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气体传感器的分类
半 导 体 式
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接触燃烧式 半导体陶瓷型 厚膜型 薄膜超和微粒子型
干 式 气敏元件
固体电介质式 （ZrO2—C2O) 红外线吸收式 导热率变化式（热线，热敏电阻） 以固定电位电解式为代表 （极谱式，原电池式）
湿 式
检测方法？
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半导体气体传感器
（2）非电阻式半导体气体传感器
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半导体气体传感器
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半导体气体传感器，是利用半导体 气敏元件同气体接触，造成半导体性
质发生变化，借此检测特定气体的成
分及其浓度。
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半导体气体传感器的Байду номын сангаас类
主要的物理特性 表面控制层 电 阻 式 体控制层 传感器举例 氧化锡， 氧化铅 LaI-xSrxCOO3 r-Fe2O3 氧化钛，氧化钴，氧 化镁，氧化锡 氧化银 铂/硫化镉 铂/氧化钛
气体传感器的分类
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气体传感器及气体检测方法
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概念 气体传感器必须满足的条件 当前使用的主要气体检测方法
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气体传感器
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气体传感器是指能将被测气体
浓度转换为与其成一定关系的
电量输出的装置或器件。
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气体传感器必须满足下列条件
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工作温度 室温~450℃ 300～ 450℃ 700 ℃以上
代表性被测物质 可燃性气体 酒精 可燃性气体 氧气 硫醇 氢气，一氧化碳， 酒精
表面电位 非 电 阻 式 二极管整流特性
室温 室温～200 ℃
晶体管特性
铂栅MOS场效应管
150 ℃
氢气，硫化氢
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电阻式半导体气体传感器
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气体传感器
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目录
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概 述 半导体气体传感器 红外吸收式气敏传感器 接触燃烧式气敏传感器 热导率变化式气体传感器 湿式气敏传感器 固体电解质气敏传感器 气体传感器的标定
本章小结
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概
述
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气体传感器及气体检测方法
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半导体气体传感器及其分类 气敏机理 主要特性及其改善 表面控制型电组式传感器 体控制型电阻式传感器 非电阻式半导体气体传感器 半导体气体传感器的应用
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半导体气体传感器及其分类
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什么是半导体气体传感器？ 半导体气体传感器的分类
(1) 电阻式半导体气体传感器
(1)能够检测爆炸气体的允许浓度、有害气体的允许浓度
相其它基准设定浓度．并能及时结出报警、显示和控
制信号；
(2)对被测气体以外的共存气体或物质不敏感；
(3)性能长期稳定性好；
(4)响应迅速，重复性好；
(5)维护方便，价格便宜等。
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各种检测方法的选择问题
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一般情况下，要检测的气体种类是已知的。 因此，检测方法的选择范围自然就缩小了。
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电阻式半导体气体传感器是用氧化锡、氧化 锌等金属氧化物材料制作的敏感元件，利用 其阻值的变化来检测气体的浓度。气敏元件
是多孔质烧结体、厚膜、以及目前正在研制
的薄膜等
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非电阻式半导体传感器
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根据气体的吸附和反应，利用半导体的功函数，对气体 进行直接或间接检测。
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整体原子价控制理论(气敏机理之一)
本理论适用于钙钛矿型原子 价控制复合氧化物； 用ABO3一般式来表示钛矿型 氧化物，其导电过程是通过B 元素与氧组成的三维网孔状 结构进行的； 氧的解离作用可以把网状构 造的某一部分切断，一旦发 生这种现象，复合氧化物的 电阻值将显著增加。
BaTiO3的晶体结构示意图
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能级生成理论(气敏机理之二)
以SnO2、ZnO等半导体传感器的n型半导体为例讨论 这种理论； n型半导体吸附还原性气体时，还原性气体将电子交 给半导体，而以正电荷与半导体相吸着，进入 n 型半 导体内的电子，束缚其少数载流子的空穴，使空穴与 导带上参与导电的自由电子复合几率减少，这实际上 是加强了导电能力，因而减少了元件的电阻值。 与此相反，若 n型半导体吸附氧化性气体时，气体以 负离子形式吸着，而将空穴给予半导体，其结束是使 导带电子数目减少，而使元件电阻值增加。