气敏传感器的基本连接电路

这种气敏器件的优点是：工艺简单，价格 便宜，使用方便；对气体浓度变化时的响 应快；即使在低浓度(3000mg/kg)下，灵敏 度也很高。其缺点在于：稳定性差，老化 较快，气体识别能力不强，各器件之间的 特性差异大等。
1.6非电阻型气敏器件
1、二极管气敏传感器 2、MOS二极管气敏器件 3、Pd-MOSFET气敏器件
氢气、硫化 氢
1.4导电机理
这里我们以半导瓷材SnO2 为例说明气敏半导体材料的导 电机理。SnO2是N型半导体， 其导电机理可以用吸附效应来 解释。
器件在加热到稳定状态的情况下，当有气体吸附时，吸 附分子首先在表面自由地扩散。其间一部分分子蒸发， 一部分分子就固定在吸附处。此时如果材料的功函数小 于吸附分子的电子亲和力，则吸附分子将从材料夺取电 子而变成负离子吸附；如果材料功函数大于吸附分子的 离解能，吸附分子将向材料释放电子而成为正离子吸附。 O2和NOx（氮类氧化物）倾向于负离子吸附，称为氧化 型气体。H2、CO、碳氢化合物和酒类倾向于正离子吸 附，称为还原型气体。氧化型气体吸附到N型半导体上， 将使载流子减少，从而使材料的电阻率增大。还原型气 体吸附到N型半导体上，将使载流子增多，材料电阻率 下降。根据这一特性，就可以从阻值变化的情况得知吸 附气体的种类和浓度。
1.2特点
由于传感器原理是基于物理变化的，因而没有 相对运动部件，可以做到结构简单，微型化；
灵敏度高，动态性能好，输出为电量； 采用半导体为敏感材料容易实现传感器集成化，
智能化； 功耗低，安全可靠。同时，半导体传感器也存
在以下一些缺点： 线性范围窄，在精度要求高的场合应采用线性
内热式器件管芯体积一般都很小，加热丝直接埋 在金属氧化物半导体材料内，兼作一个测量板， 该结构制造工艺简单。其缺点是：①热容量小， 易受环境气流的影响；②测量电路和加热电路之 间相互影响；③加热丝在加热和不加热状态下产 生胀、缩，容易造成与材料接触不良的现象。
旁热式气敏器件的管芯是在陶瓷管内放置高阻加 热丝，在瓷管外涂梳状金电极，再在金电极外涂 气敏半导体材料。这种结构形式克服了内热式器 件的缺点，使器件稳定性有明显提高
综述 市场产品 应用 参考文献
第一节 综述
1.1 简介 1.2特点 1.3分类 1.4导电机理 1.5电阻型气敏器件 1.6非电阻型气敏器件
1.1 简介
气敏传感器，又称气体传感器，是指利用各种化学、物 理效应将气体成分、浓度按一定规律转换成电信号输出 的传感器件，是化学传感器中最活跃的一种，其广泛应 用于煤矿、农业、化工、建筑、环保、医疗、家电等领 域。 目前气敏传感器的主要产品包括可燃性气敏传感器、 CO、H2S、NH3、SO2、C12、NO、NO2等毒性气敏传 感器、氧传感器、溶氧传感器、CO2传感器等。 据中国电子元件行业协会信息中心统计，目前，毒性 气体传感器在环境保护中使用大约在20万台套左右，其 中，进口产品占78%，农业及工业用CO2传感器几乎全 部依靠进口。环境保护需对空气污染物主要是CO、HC、 NOx、SO2、颗粒物进行监测，市场上主要采用荧光光 学原理和β-线吸收原理制造的传感器，产品90%以上为 进口加拿大BW公司、美国热电公司、法国环境仪器公 司等产品。据中国电子元件行业协会信息中心预测， 2006年中国气敏传感器的需求量将超过……万只。
体控制型
传感器举例
氧化银、氧化锌
氧化钛、氧化钴、 氧化镁、氧化锡
工作温度 典型被测气 体
室温 可燃性气体 ~450℃
700℃以上 酒精、氧气、 可燃性气体
非 表面电位
氧化银
电 二极管整流特 铂/硫化镉、铂/氧
阻
性
化钛
式 晶体管特性 铂栅MOS场效应晶体
管
室温 室温 ~200℃ 150℃
硫醇
氢气、一氧 化碳、酒精
1.5电阻型气敏器件
电阻型气敏器件在目前使用的比较广泛。 按其结构，可分为烧结型，薄膜型和厚膜 型三种，下面分别予以介绍。
烧结型 薄膜型 厚膜型
1、烧结型
烧结型气敏器件的制作是将一定配比的敏感材料 (SnO2、InO)及掺杂剂(Pt、Pb)等以水或粘合剂 调和，经研磨后使其均匀混合，然后将已均匀混 合的膏状物滴入模具内，用传统的制陶方法进行 烧结。烧结时埋入加热丝和测量电极，最后将加 热丝和测量电极焊在管座上，加特制外壳构成器 件。这种器件一般分为内热式和旁热式两种结构
1、二极管气敏传感器
如果二极管的金属与半导体的界面吸附有气体，而这种气 体又对半导体的禁带宽度或金属的功函数有影响的话，则 其整流特性就会发生变化。在掺锢的硫化镉上，薄薄地蒸 发一层钯薄膜，就形成了钯硫化镉二极管气敏传感器，这 种传感器可用来检测氢气。氢气对这种二极管整流特性的 影响如下:在氢气浓度急剧增高的同时，正向偏置条件下 的电流也急剧增大。所以在一定的偏置下，通过测量电流 值就能知道氢气的浓度。电流值之所以增大，是因为吸附 在钯表面的氧气由于氢气浓度的增高而解吸，从而使肖特 基势垒降低的缘故。
2、薄膜型
薄膜型气敏器件的制作首先须处理基片(玻 璃石英式陶瓷)；焊接电极，之后采用蒸发 或溅射方法在石英基片上形成一薄层氧化 物半导体薄膜。实验测得SnO2和ZnO薄膜 的气敏特性较好。
这种器件具有较高的机械强度，而且具有 互换性好，产量高、成本低等优点。
3、厚膜型
为解决器件一致性问题，1977年发展了厚 膜型器件。它是有SnO2和ZnO等材料与3～ 15％(重量)的硅凝胶混合制成能印刷的厚膜 胶，把厚膜胶用丝网印制到事先安装有铂 电极的Al2O3基片上，以400～800℃烧结1 小时制成。其结构如图12-5所示。厚膜工 艺制成的元件一致性较好，机械强度高， 适于批量生产，是一种有前途的器件。
化补偿电路；
与所有半导体元件一样，输出特性易受温 度影响而漂移，所以应采用补偿措施；
性能参数离散性大。
虽然存在上述问题，但半导体传感器仍是 目前传感器发展的重要方向，尤其是大规 模集成电路技术的不断发展，半导体传感 器的技术也日臻完善。
1.3分类
主要物理特性
电 电 表面控制
阻来自百度文库 型
式