传感器第十章 半导体传感器(气湿)
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
当氧化型气体吸附到N型半导体上， 半导体的载流子减少，电阻值上升；
当氧化型气体吸附到P型半导体上， 半导体的载流子增多，电阻值下降；
当还原型气体吸附到N型半导体上， 半导体的载流子增多，电阻值下降；
当还原型气体吸附到P型半导体上， N型半导体与气体接
半导体的载流子减少，电阻值上升； 触时的氧化还原反映
由于空气中的含氧量大体上是恒定的， 因此氧的吸附
量也是恒定的，气敏器件阻值也相对固定。若气体浓
度发生变化，器件表面将产生吸附作用，其阻值也将
随气体浓度变化而变化。根据这一特性，可以从阻值
的变化得知吸附气体的可编种辑类ppt 和浓度。
10
第10章 半导体式传感器 传感器原理及应用
10.1 气敏传感器 10.1.2 半导体气敏传感器类型及结构 (1) 电阻型半导体气敏传感器
工业天然气、煤气等易燃易爆的安全监测； 环境保护，有害、有毒气体监测； 酒后驾车，乙醇浓度检测。
可编辑ppt
6
第10章 半导体式传感器 传感器原理及应用
10.1 气敏传感器 10.1.1 半导体气敏传感器工作原理
➢ 气敏传感器是利用气体在半导体表面的氧化和还原 反应，导致敏感元件阻值变化，如：
可编辑ppt
3
第10章 半导体传感器
概述
湿度传感器
传感器原理及应用
木材烘干
纸品
可编辑ppt
4
芯片生产要求最高的湿度稳定性
第10章 半导体传感器
概述
传感器原理及应用
湿敏 传感器
气
敏
传
感
器
可编辑ppt
5
第10章 半导体传感器
10.1 气敏传感器
传感器原理及应用
➢ 气敏传感器是用来检测气体浓度和成份的器件， 由于气体种类很多，性质各不相同，不可能 用同 一种气体传感器测量所有气体，如：
SnO2系列气敏元件有烧结型、薄膜型和厚膜型半三导种体 。0.5
电极(铂丝) 氧化物半导体
3 mm
加热 器
玻璃 (尺寸 约1 mm，也有 全为 半导 体的 )
(a) 烧结型(a)气可编敏辑器ppt 件
加热器 电极 3 mm
11 (b)
烧结型气敏器件的制作是将一定比例的敏感材 料（SnO2、ZnO等）和一些掺杂剂（Pt、Pb等） 用水或粘合剂调合，经研磨后使其均匀混合， 然后将混合好的膏状物倒入模具，埋入加热丝 和测量电极，经传统的制陶方法烧结。最后将 加热丝和电极焊在管座上，加上特制外壳就构 成器件。
该类器件分为两种结构：直热式和旁热式。
可编辑ppt
12
• 直热式器件管芯体积很小，将加热丝、测量丝直接埋在 金属氧化物半导体粉末材料内烧结而成。加热丝兼做一
个测量电极，工作时加热丝通电加热，测量丝用于测量 器件的阻值。
• 缺点：
– 热容量小，易受环境气流的影响； – 测量电路与加热电路之间没有隔离而相互干扰，影响其测
可编辑ppt
8
第10章 半导体式传感器 传感器原理及应用
10.1 气敏传感器 10.1.1 半导体气敏传感器工作原理
➢ 组成：敏感元件、加热器、外壳； ➢ 制造工艺：烧结型、薄膜型、厚膜型。 ➢ 气敏电阻的材料是金属氧化物，合成时加敏感材 料和催化剂烧结，这些金属氧化物在常温下是绝缘 的，制成半导体后显示气敏特性。 ➢ 金属氧化物有： • N型半导体，如：SnO2 Fe2O3 ZnO TiO • P型半导体，如：CoO2 PbO MoO2 CrO3
量参数；
– 加热丝在加热与不加热两种情况下产生的膨胀与冷缩，容 易造成器件接触不良。
SnO2 烧结体
1 2
可编辑ppt
3 4
Ir—Pd合金丝 (加热器兼电极)
(a)结构
13
24
13
（b)符号
国产QM-N5型和日本费可加编辑罗pptTGS＃812、813型等气敏1传4 感 器都采用这种结构。
第10章 半导体式传感器 传感器原理及应用
可编辑ppt
9
第10章 半导体式传感器 传感器原理及应用
10.1 气敏传感器 10.1.2 半导体气敏传感器类型及结构 (1) 电阻型半导体气敏传感器
➢ 电阻型半导体气敏传感器导电机理用一句话描述： 利用半导体表面因吸附气体引起半导体元件电阻值 变化，根据这一特性，从阻值的变化测出气体的种 类和浓度。
将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 膜胶用丝网印制到装有铂电 极的氧化铝基片上，在 400～800℃高温下烧结1～2 小时制成。
优点：一致性好，机械强度高，适于批量生产。
可编辑ppt
17
第10章 半导体式传感器 传感器原理及应用
10.1 气敏传感器 10.1.2 半导体气敏传感器类型及结构 (2) 非电阻型半导体气敏传感器
非电阻型气半导体敏传感器主要类型：
➢ 利用MOS二极管的电容—电压特性变化； ➢ 利用MOS场效应管的阈值电压的变化； ➢ 利用肖特基金属半导体二极管的势垒变化进
行气体检测。
可编辑ppt
18
第10章 半导体传感器 传感器原理及应用
10.1 气敏传感器 10.1.3 半导体气敏传感器应用
10.1 气敏传感器 10.1.2 半导体气敏传感器类型及结构 (1) 电阻型半导体气敏传感器
❖ 电阻型气敏元件通常工 作在高温状态，气敏元 件的加热作用：
➢ 为加速气体吸附和上述 的氧化还原反应，提高 灵敏度和响应速度；
➢ 另外使附着在壳面上的 油雾、尘埃烧掉。
可编辑ppt
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ15
可编辑ppt
16
厚膜型气敏器件
氧气、NO2等具有负离子吸附倾向的气体，被称 为氧化型气体——电子接收性气体；
H2、CO、碳氢化合物（烃）、醇类等具有正离子 吸附倾向的气体，被称为还原型气体——电子供 给性气体。
可编辑ppt
7
第10章 半导体式传感器 传感器原理及应用
10.1 气敏传感器 10.1.1 半导体气敏传感器工作原理
第10章 半导体式传感器
可编辑ppt
1
第10章 半导体传感器 传感器原理及应用
主要内容：
1 气敏传感器 2 湿敏传感器 3 色敏传感器
可编辑ppt
2
第10章 半导体传感器
概述
传感器原理及应用
➢ 半导体传感器是典型的物性型传感器，它是利用
某些材料的电特征的变化实现被测量的直接转换， 如改变半导体内载流子的数目。 ➢ 凡是用半导体材料制作的传感器都属于半导体传 感器。 ➢ 其中包括：光敏电阻、光敏二极管、光敏晶体管、 霍尔元件、磁敏元件、压阻元件、气敏、湿敏等等。
当氧化型气体吸附到P型半导体上， 半导体的载流子增多，电阻值下降；
当还原型气体吸附到N型半导体上， 半导体的载流子增多，电阻值下降；
当还原型气体吸附到P型半导体上， N型半导体与气体接
半导体的载流子减少，电阻值上升； 触时的氧化还原反映
由于空气中的含氧量大体上是恒定的， 因此氧的吸附
量也是恒定的，气敏器件阻值也相对固定。若气体浓
度发生变化，器件表面将产生吸附作用，其阻值也将
随气体浓度变化而变化。根据这一特性，可以从阻值
的变化得知吸附气体的可编种辑类ppt 和浓度。
10
第10章 半导体式传感器 传感器原理及应用
10.1 气敏传感器 10.1.2 半导体气敏传感器类型及结构 (1) 电阻型半导体气敏传感器
工业天然气、煤气等易燃易爆的安全监测； 环境保护，有害、有毒气体监测； 酒后驾车，乙醇浓度检测。
可编辑ppt
6
第10章 半导体式传感器 传感器原理及应用
10.1 气敏传感器 10.1.1 半导体气敏传感器工作原理
➢ 气敏传感器是利用气体在半导体表面的氧化和还原 反应，导致敏感元件阻值变化，如：
可编辑ppt
3
第10章 半导体传感器
概述
湿度传感器
传感器原理及应用
木材烘干
纸品
可编辑ppt
4
芯片生产要求最高的湿度稳定性
第10章 半导体传感器
概述
传感器原理及应用
湿敏 传感器
气
敏
传
感
器
可编辑ppt
5
第10章 半导体传感器
10.1 气敏传感器
传感器原理及应用
➢ 气敏传感器是用来检测气体浓度和成份的器件， 由于气体种类很多，性质各不相同，不可能 用同 一种气体传感器测量所有气体，如：
SnO2系列气敏元件有烧结型、薄膜型和厚膜型半三导种体 。0.5
电极(铂丝) 氧化物半导体
3 mm
加热 器
玻璃 (尺寸 约1 mm，也有 全为 半导 体的 )
(a) 烧结型(a)气可编敏辑器ppt 件
加热器 电极 3 mm
11 (b)
烧结型气敏器件的制作是将一定比例的敏感材 料（SnO2、ZnO等）和一些掺杂剂（Pt、Pb等） 用水或粘合剂调合，经研磨后使其均匀混合， 然后将混合好的膏状物倒入模具，埋入加热丝 和测量电极，经传统的制陶方法烧结。最后将 加热丝和电极焊在管座上，加上特制外壳就构 成器件。
该类器件分为两种结构：直热式和旁热式。
可编辑ppt
12
• 直热式器件管芯体积很小，将加热丝、测量丝直接埋在 金属氧化物半导体粉末材料内烧结而成。加热丝兼做一
个测量电极，工作时加热丝通电加热，测量丝用于测量 器件的阻值。
• 缺点：
– 热容量小，易受环境气流的影响； – 测量电路与加热电路之间没有隔离而相互干扰，影响其测
可编辑ppt
8
第10章 半导体式传感器 传感器原理及应用
10.1 气敏传感器 10.1.1 半导体气敏传感器工作原理
➢ 组成：敏感元件、加热器、外壳； ➢ 制造工艺：烧结型、薄膜型、厚膜型。 ➢ 气敏电阻的材料是金属氧化物，合成时加敏感材 料和催化剂烧结，这些金属氧化物在常温下是绝缘 的，制成半导体后显示气敏特性。 ➢ 金属氧化物有： • N型半导体，如：SnO2 Fe2O3 ZnO TiO • P型半导体，如：CoO2 PbO MoO2 CrO3
量参数；
– 加热丝在加热与不加热两种情况下产生的膨胀与冷缩，容 易造成器件接触不良。
SnO2 烧结体
1 2
可编辑ppt
3 4
Ir—Pd合金丝 (加热器兼电极)
(a)结构
13
24
13
（b)符号
国产QM-N5型和日本费可加编辑罗pptTGS＃812、813型等气敏1传4 感 器都采用这种结构。
第10章 半导体式传感器 传感器原理及应用
可编辑ppt
9
第10章 半导体式传感器 传感器原理及应用
10.1 气敏传感器 10.1.2 半导体气敏传感器类型及结构 (1) 电阻型半导体气敏传感器
➢ 电阻型半导体气敏传感器导电机理用一句话描述： 利用半导体表面因吸附气体引起半导体元件电阻值 变化，根据这一特性，从阻值的变化测出气体的种 类和浓度。
将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 膜胶用丝网印制到装有铂电 极的氧化铝基片上，在 400～800℃高温下烧结1～2 小时制成。
优点：一致性好，机械强度高，适于批量生产。
可编辑ppt
17
第10章 半导体式传感器 传感器原理及应用
10.1 气敏传感器 10.1.2 半导体气敏传感器类型及结构 (2) 非电阻型半导体气敏传感器
非电阻型气半导体敏传感器主要类型：
➢ 利用MOS二极管的电容—电压特性变化； ➢ 利用MOS场效应管的阈值电压的变化； ➢ 利用肖特基金属半导体二极管的势垒变化进
行气体检测。
可编辑ppt
18
第10章 半导体传感器 传感器原理及应用
10.1 气敏传感器 10.1.3 半导体气敏传感器应用
10.1 气敏传感器 10.1.2 半导体气敏传感器类型及结构 (1) 电阻型半导体气敏传感器
❖ 电阻型气敏元件通常工 作在高温状态，气敏元 件的加热作用：
➢ 为加速气体吸附和上述 的氧化还原反应，提高 灵敏度和响应速度；
➢ 另外使附着在壳面上的 油雾、尘埃烧掉。
可编辑ppt
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ15
可编辑ppt
16
厚膜型气敏器件
氧气、NO2等具有负离子吸附倾向的气体，被称 为氧化型气体——电子接收性气体；
H2、CO、碳氢化合物（烃）、醇类等具有正离子 吸附倾向的气体，被称为还原型气体——电子供 给性气体。
可编辑ppt
7
第10章 半导体式传感器 传感器原理及应用
10.1 气敏传感器 10.1.1 半导体气敏传感器工作原理
第10章 半导体式传感器
可编辑ppt
1
第10章 半导体传感器 传感器原理及应用
主要内容：
1 气敏传感器 2 湿敏传感器 3 色敏传感器
可编辑ppt
2
第10章 半导体传感器
概述
传感器原理及应用
➢ 半导体传感器是典型的物性型传感器，它是利用
某些材料的电特征的变化实现被测量的直接转换， 如改变半导体内载流子的数目。 ➢ 凡是用半导体材料制作的传感器都属于半导体传 感器。 ➢ 其中包括：光敏电阻、光敏二极管、光敏晶体管、 霍尔元件、磁敏元件、压阻元件、气敏、湿敏等等。