半导体金属氧化物气敏材料的研究进展

２２４ 掺 杂 的 ＳＯ ．． ｎ２ 洪琴 等 ［ １ Ａ ， ３ＬＳ Ｏ 引用 ｕ ＷＯ ， ａｎ ２来 掺 杂 ＳＯ 制 ｎ２ 备 了气敏 元件 ， 讨 了这 些掺 杂 物 质对 元 件 的灵 敏 探 度 等 的影响 。王 晓俊 等 Ｌ 备 了掺 杂 Ｍｇ １ 制 Ｏ的 Ｓ Ｏ ｎ： 气 敏元 件 ， 在对 乙醇 、 丙酮 等气 体进行 了测试 。谢俊
并探讨 了其 未来 的发 展趋 势 。
素。２ ０世纪 ９ Ｏ年代末 期 ， ｉ ｇｈ 等 获得 了 Ｎ Ｍｎ ｓｉ ｅ 元素掺杂 Ｐ型 Ｚ Ｏ， ｎ 他们是利用化学气相沉积技术
来 实现 的 。Ｌｏ ｏｋ等 的实 验结 果 表 明 ， Ｎ元 素 掺 杂 的浓度可 高达 １ １ ｍ～。Ｇ ｏｇｂａｉ ¨ ０９ｃ ｅｒｏｉ 等 成 功 地 ｎ
ｌ 概 述
气体传感器技术又 叫气敏技术 ， 以准确高效 可 地检测多种易燃、 易爆 、 有毒、 有害的气体 ， 还可与大 规模集成电路 、 计算机等结合起来 ， 应用于各种机器 的控制 ， 公害的预 防等。半导体金属氧化物传感器 是气体敏感传感器 中的一类 ， 在灵敏度、 它 响应时 间、 结构设计方面上 ， 有着很大的优势 ， 在实际应用 中， 由于使用 方便 、 体积 小巧 、 本低 廉 、 于普 及等 成 易 优点 ， 已经成 为 了一 个 热 点 。这 类 传 感 器 能 有效 方 便地 用于各 种 易燃 易 爆 、 毒 有 害 气 体 的检 测 。随 有 着半导体金属氧化物传感器 越来越广 的应用 ， 推动 了气体敏感材料的研究。
Ａｂ ｔ ａ ｔ Ｉ ｔ ｄ ｃ ｄ ｔ ｅ ｔｐ ｓ ｏ ａ ｅ ｓｔ ｅ ｍａｅ ａｓ ｏ ｔｌ ｏ ｉ ｅ ｓ ｍｉ ｏ ｄ ｃｏ ｎ ｈ ｅ ｅ ｔ ｓｒ ｃ ：ｎ ｒ ｕ ｅ ｈ ｙ ｅ ｆ ｇ ｓ ｓ ｎ ｉ ｖ ｔｒｌ ｆ ｍｅａ ｘ ｄ ｅ ｃ ｎ ｕ ｔ ｒ ａ ｄ ｔ ｅ ｎ ｗ ｓ ｏ ｉ ｉ
摘要 ： 较全面地介绍 了半导体金属氧化物气敏材料的分类及 国内外最新发展状况 ， 了当前半 导体 金属氧化物 气敏材料应用 中 分析
存在 的不足 ， 并探讨 了其发展趋势 。
关键词 ： 半导体金 属氧化物 ； 气敏元件 ； 气敏性
中 图分 类 号 ：Ｇ ７ ．２；Ｑ ８ ． １ Ｔ １４ ４ Ｔ ０ ５４ ２ 文献 标 识 码 ： Ａ 文 章 编 号 ：０ ８一 ２ ｘ（０ ２ ０ ０ ５ ０ １０ Ｏ １ ２ １ ） ３— ０ ０— ２
金属掺 杂氧化物
Ｎ掺杂 的 Ｐ Ｚ Ｏ 型 ｎ
Ａ８ 掺杂的 Ｐ型 Ｚ Ｏ ｎ
ＨＳ ２ wenku.baidu.com
Ｎ Ｏ ＯＣ 虽然半导体金属 氧化物气敏 材料具有诸多优 势， 但是 由于单一金属氧化物材料 的选择性 、 稳定性 ２ １ 单一金属氧化物 ． １６ 年 ， 本 的清 山哲郎等人首次制作 了 Ｚ Ｏ ９２ 日 ｎ 受到一定限制 ， 所以对 于半导体金属氧化物气敏材
・
５ ・ ０
山 东 化 工 Ｓ Ａ Ｄ Ｎ Ｈ ＭＩＡ Ｄ Ｓ Ｒ Ｈ Ｎ ０ Ｇ Ｃ Ｅ Ｃ ＬＩ Ｕ Ｔ Ｙ Ｎ
２１ ０２年第 ４ 卷 ｌ
半导体金属氧化物气敏材料的研究进展
阮伟 亮 ， 冯祥 军 牟宗刚 ，
（． 南大 学 化学 化工学 院 ， １济 山东 济南 ２ 山东 省莒县 污水 处理 厂 ， ． 山东 日照 ２ ０２ ； ５０ ２ ２６ ０ ） ７ ８０
Ｐ ｏ ｒｓ ｎ Ｒｅｅ ｒｈ ｏ ｓＳ ｎ ｉｖ ａｅ ｉｌｏ ｅａ ｉｅＳ ｍｉｏ ｄ ｃｏ ｒ ｇ ｅｓｏ ｓａ ｃ ｆＧａ ｅ ｓｔ ｅＭ ｔｒａ ｆＭ ｔｌ ｉ Ｏｘｄ ｅ ｃ ｎ ｕ ｔｒ
Ｒ Ａ Ｗｅ—ｌ ｎ Ｆ ＮＧＸａｇ— ｕ ＭＯ ｏｇ—ｇ ｎ Ｕ Ｎ ｉ ｉ ｇ ，Ｅ ￣ｎ ｊｎ ， ＵＺ ｎ ａ ａｇ
加入黏合剂和一定 的 Ｃ２ ｒ 制得了气敏元件 。潘 ０ 庆谊 等发现 纺锤 形 纳 米 一Ｆ 。在 ３０Ｃ工 作 温 ｅＯ ０￣ 度下 对 Ｌ Ｇ有 选择 性检 测 能力 ， 具 有 相 当的气 敏 Ｐ 并 稳 定性 Ｊ 。单 一金 属 氧 化 物也 存 在 着 一 些 问题 ， 如 灵 敏度 、 工作 温度 、 应时 间等 。单 一金 属 氧化 物对 响 ｌ 级 已经足 够灵 敏 ， 是对 于 超低 浓 度 （Ｏ ） ０ 但 １ 则 灵敏 度还是 不够 ， 都制 约着 其 在实 际 中的应 用 。 这 ２ ２ 金属 掺杂氯 化 物 ． 方 国家 等 在 ２ ０世 纪 ９ Ｏ年代 研 究 了 Ｃ 元 素 掺 ｅ 杂对 Ｓ Ｏ 薄膜气 敏性能及其 电学性 能的影响 Ｊ ｎ 。
在 ２ 纪８ Ｏ世 Ｏ年 代 ， ｏａａｈ 就 判 断 出 Ｎ元 Ｋ ｂｙｓｉ 素 可 以替 代 Ｚ Ｏ 中 氧 元 素 ， 一 种 很 好 的 掺 杂 元 ｎ 是
本文较全面地介绍了半导体金属氧化物气敏材 料中的 Ｚ Ｏ ＳＯ 、 ｅＯ 等单一金属氧化物 ， ｎ 、 ｎ ：Ｆ ， Ｎ掺 杂的 Ｚ Ｏ Ａ 掺杂 的 Ｚ Ｏ等金属掺杂以及钙钛矿型 ｎ ，ｓ ｎ 复合 金属 氧化 物 ， 析 了 当前 半 导 体 金属 氧 化物 气 分 敏材料应用中存在的稳定性差、 选择性不高等不足，
在 Ｏ原子团气氛中获得 了 Ｐ型 Ｚ Ｏ： ｎ Ｎ薄膜 。２０ ０３ 年 ，ａｇ等¨ Ｂｎ 采 用 射频 磁 控 溅 射 方 法 ， 到 了 Ｚ Ｏ 得 ｎ
的同质 Ｐ—ｎ结 。 ２ ２ ２ Ａ 掺杂 的 Ｚ Ｏ ． ． ｓ ｎ
参 考 文 献
［］ １ 刘冠威 ， 苏世 漳 ， 虹．掺杂对 — ｅＯ 气敏元 件灵 敏 刘 Ｆ： ， 度及其它特性 的影 响［ ］ Ｊ ．功能材料 ，１９ ， ５ ３ ： ４ ９４ ２ （ ） ２３
第 ３期
阮伟 亮 ， ： 等 半导体金属氧化物气敏材料的研究进展
・５ ｌ・
薄 膜型 气体探 测器 ， 课 题 组还 利 用 了其 它 金属 氧 该 化 物制 成薄 膜 ， 一 系 列 可 燃 性气 体 进行 了 系统 测 对 试 。现 在 ， 要 有 Ｚ Ｏ、 ｎ ２ Ｆ ２ ３ Ａ ２ ３ ＷＯ 、 主 ｎ Ｓ Ｏ 、 ｅＯ 、 １ 、 ３ Ｏ Ｉ： ，Ｎ ： 这 些 金 属 氧 化 物 ， 们 在 生 产 和 生 ｎＯ 、 ｂＯ 等 它 活 中可 以检 测各 种 易 燃 易 爆 、 毒 有 害气 体 。刘 冠 有 威 等 系统地 研究 了 一Ｆ 气 敏 元 件 在 掺入 稀 土 ｅＯ 氧化 物 后 元 件 的 灵 敏 度 可 以 明 显 提 高 Ｊ 。吴 家 琨 等分 别 在 ２０Ｃ恒 温 氧化 下 制 备 一Ｆ２ ３其 ０￣ ｅＯ ， 对Ｃ Ｏ的灵敏 度 有 明显 提 高 。王金 忠 等在 一 ｅＯ Ｆ ：
气体中的气 敏特性 。张茹等 用 ｓ —ｇ 法制备 ｏ ｅ ｌ ｌ 了 Ｌｌ ｍ ＦＯ 。方 少 明 等 用 ｓｌ ｅ 法 制 备 ａ一Ｓ ｅ ３ ｏ —ｇｌ
了 Ｓ ＦＯ ， ｍ ｅ ，其对 乙醇 具 有较好 气敏 性能 。
３ 结尾
该传感器对 Ｈ ｓ 具有非常高的灵 敏度 。 ２２ １ 氮 元素 掺杂 的 Ｚ Ｏ ．． ｎ
叶等［ 制备 Ｌ 元素掺杂的 Ｓ Ｏ 薄膜 ， ２ ０ ａ ｎ 研究了其对
Ｓ Ｏ 气 敏特性 的影 响。 ｎ ２３ 复 合金 属氧 化物 ． 上 世纪 ７ Ｏ年代 ， 钙钛 矿型 金属氧 化物 因为具有 天然 的钙钛 矿 （ ａｉ。结 构而命 名 ， 中 Ａ 和 Ｂ位 ＣＴＯ ） 其 可 以由许 多 金属 离子 来 全部 取 代 或 者部 分取 代 ， 这
—
２５ ０．
［］ ２ 吴家琨 ， 良彦． 一Ｆ ， Ｃ 孙 ｅＯ 的 Ｏ气敏特性 的研究 ［ ］ Ｊ． 传感技术学报 ，９ ７ １ （ ） １ ２ ． １９ ，０ １ ：８— ２ ［］ ３ 王金忠 ， 家琨 ， 良彦 ， 一Ｆ ： ， 敏材料 的制备 吴 孙 等． ｅＯ 气
２０ 年 ， ｙ ００ Ｒ ｕ等 得到了 Ａ 元素掺杂的 Ｐ型 ｓ Ｚ Ｏ薄膜。２０ ｎ ０３年 ， ｙ Ｒ ｕ等 进一步研究 了掺杂 Ａ 元素 Ｚ Ｏ薄膜的特性。近来 ，ｕ ｉ等 提出了 ｓ ｎ Ｓｋ ｔ
ｄ ｖ ｌｐ ｎ ｎ ｔ ｅ ａ ｒ ａ ｎ ｏ ． ｅ ｅｏ ｍｅ ｔｉ ｈ ｂ ｏ ｄ ａ ｄ ｈ ｍｅ Ａｎａｙ ｅ ｈ ｓ ｄ ａ ａ ｅ ｆｇ ｓｓ ｎｓｔ ｅ ｍａｅ ｉ ｌ ｆｍｅａ ｘ ｄ ｌｚ ｄ ｔ ｅ ｄｉａ ｖ ｎｔｇ ｓｏ ａ ｅ ｉ ｖ ｔｒａ ｓｏ ｔｌｏ ｉ ｅ ｉ ｓ ｍｉｏ ｄ ｃｏ Ｏ ｅ ｃ ｎ ｕ ｔ ｒｎ Ｗ．Ａｎ ｉｃ ｓ ｄ ｔ ｅ ｄ ｖ ｌｐ ｎ ｅ ｄ ｎ ｙ． ｄ ｄ ｓ ｕｓｅ ｅ ｅ ｏ ｍｅ ｔｔｎ ｅ ｃ ｈ Ｋｅ ｒ ｓ： ｔ ｌｏ ｉ ｅ ｃ ｎ ｕ ｔ ｒ ｇ ｓ ｓ ｎ ｏ ； ａ ｅ ｉｉｉｙ ｙ ｗｏ ｄ ｍｅａ ｘｄｅ ｓ ｍｉｏ ｄ ｃｏ ； ａ ｅ ｓ ｒ ｇ ｓ ｓ ｎｓｔｖｔ
（ ． ｃ ｏｌ ｆ ｈｍｉｒ ｎ ｈ ｍ ｃｌ ｎ ｉｅｒ ｇ Ｕ ｉｅｓｙｏ ｎ ｎ Ｊ ａ ２ ０ ２ ， ｈｎ ； １ Ｓ ｈｏ ｏ ｅ ｓ ｙａ ｄＣ ｅ ｉａ Ｅ ｇ ｅ ｎ ， ｎｖｒ ｔ ｆ ｉａ ， ｉ ｎ ５ ０ ２ Ｃ ｉａ Ｃ ｔ ｎ ｉ ｉ Ｊ ｎ
２ Ｓ ｗ ｇ ｒａｍ ｎ ｌｎ ｏ ｘａ ｆ ｈ ｎ ｏ ｇＰｏｉｃ ， ｉ ａ ２ ６ ０ ， ｈｎ ） ．ｅ ａｅＴｅｔ ｅ ｔ ａ ｔ ｆ ｕ ｉ ｏ ａ ｄ ｎ ｒｖ ｅ Ｒｚ ｏ ７ ８ ０ Ｃ ｉａ Ｐ Ｊ ｎ Ｓ ｎ ｈ
复合金属氧化 物
钙钛矿型氧化物 Ａ Ｏ Ｂｓ
收稿 日期 ：０ ２— ２— ４ ２ １ ０ ２ 基金项 目： 山东省 高等 学校 科技 计划项 目（０ Ｄ １２ １Ｌ ０ ） 济南 大学科研基金项 目（０ ０ Ｋ １ １ ） Ｊ６ ０ ， ０ Ｂ ４ ； ０ ２ １ Ｘ Ｙ ０ ０ 作者简介 ： 亮（ ９ ６ ） 黑龙 江牡 丹江市人 ， 阮伟 １８ 一 ， 济南大学硕士研究生 ， 主要研究半导 体金 属氧化物气敏材料。
Ｊｔｍ ｔ制 备 出 了 厚膜 型 Ｃ Ｏ—Ｓ Ｏ ． ａ ａ ｉ ｕ ｎ 气 敏 传 感 器 ，
样经掺杂后形成 了晶体缺陷结构。同时， 钙钛矿型 金 属氧 化物 通过 制 备 较 为 简单 ， 而且 还 在高 温 下保
持 稳定 ， 以 ， 钛矿 型金 属氧 化物还 发现具有 优 良 所 钙 的催 化性 能 、 巨磁 电阻效 应 和 良好 的气敏 特性 。 张玲等 ［ 统研究 了 Ｌ０ ６ Ｐ０ ３ＦＯ 纳米 ２ 系 ａ．８ ｂ ．２ ｅ ３ 材 料 ， 用 ｓｌ ｅ 法 制备 ， 测试 了该 材料 在 Ｃ 采 ｏ —ｇｌ 并 Ｏ
表 １ 用于气敏传 感器 中常用 的几种金属氧化物
半 敏 料 材 苎物 气 类 型
单一金属氧化物 Ａ １
敏 材 …… 感料 …
‘
检气 …… 测体
０２ Ｃ Ｈ２ＣＯ２ Ｏ ２ ｏ３Ｉ ｏ３ ｂ ｏ５ ０３ｗ ２ Ｃ Ｏ —Ｓ Ｏ ｕ ｎ
２ 金属 氧化物 气敏 材料 的 国 内外 发展 动态
料的研究经历 了一个从单一金属氧化物 ， 到金属掺 杂， 再到复合金属氧化物 的发展过程 。其 目的是为 了提高该类材料的气敏性质 ， 获得高灵敏度、 高选择 性、 稳定性 良好 的材料。表 １ 出了用于气敏传感 列 器 中常用 的几 种金 属 氧化物 。