半导体传感器

五、气敏传感器应满足下列要求：
• 具有小的交叉灵敏度； • 具有较高的灵敏度和较宽动态响应范围 • 性能稳定，传感器特性不随环境温度﹑
湿度的变化而发生变化 ；
• 重复性好，易于维护等。
1.2 半导体气敏传感器工作机理 • 电阻型半导体气敏传感器工作机理可以用吸附效 应来解释 • 气体接触N型半导体时所导致的敏感器件阻值变 化的情况，如图所示；
(三) 、按检测方式分类
6、晶体振动式 -----利用气体吸附引起晶格振子及其涂敷膜共振额率变 化进行检测 7、光干涉式 ----以气体对光的折射率差别所引起的干涉条纹移动量 来检测 8、热导率式 ------由于气体的热导率不同，会导致检测元件的温度 和电阻变化。以此测量气体体积浓度
9、红外线吸收式 -----根据气体的红外线嗳收光谱的波长不同和吸 收 量差异来检测气体的种类和体积浓度
（三) 、按检测方式分类
1、半导体式------金属氧化物表面吸附气体分子，或与吸附气体反应引 起 半导体电导率的变化 2、接触燃烧式 ----根据气体的接触燃烧热所引起的检测元件的温 升和电阻变化测气体体积浓度 3、固体电解质式 ----利用气体引起固体电解质电动势变化检测气体 体积浓度
4、场效应晶体管 ------利用气体引起的FET电压、电容变化检测气 体 体积浓度 5、溶液电化学式 -----利用溶液中电化学反应，将被测量变换成电 极 电势变化的气体传感器
2 薄膜型
（1）薄膜型传感器 以石英或陶瓷为绝缘基片，在基 片的一面镀上加热元件．在基片 的另一面镀上测量电极及氧化物 半导体膜。
（2）主要特点 传感器一致性好 传感器的机械强度较高， 制造过程需要复杂、成本较高。
3 厚膜Hale Waihona Puke Baidu气敏传感器
厚膜型半导体气敏传感器结构
图4 厚膜型半导体气敏传感器
3．厚膜型
1.3 半导体气敏传感器主要参数 ▲ 敏感元件固有电阻Ro和工作电阻Rs ▲ 灵敏度，
表征对被测气体敏感程度，如下公式表示：
R s (c 2 ) K Rs (c1 )
Rs(C2) ：代表检测气体为S ，浓度为C2时的器件电阻 值 ；Rs(C1) ：表示检测气体为S，其浓度为C1时器件电 阻值
▲选择性：表示气体传感器对被测气体的识别(选择)
1.1 气体传感器概论 一、气体传感器概念及组成
1、气体传感器------检测气体中特定成分，并将其转换为电信号 ( 如电阻、电流、电动势、电容、共振频率 等)
2、主要组成----- 敏感、识别与信号放大处理 。
3、主要类型----- 电阻式半导体气体传感器、电容式陶瓷气体传 感 器、电化学气体传感器等。
采用陶瓷管做基底，将加热元 件装入陶瓷管内，而测量电极、 氧化物材料及催化添加剂则烧 结在陶瓷管的外壁，加热元 件经陶瓷管璧均匀地对氧化物 敏感元件加热。
（3）主要特点 响应速度较快，但机械强度差，一致性能差异大。
2 薄膜型气敏传感器结构 薄膜型半导体气敏传感器结构
图3 薄膜型半导体气敏传感器结构
硫﹑醇 氢气﹑一氧化碳 ﹑乙醇 氢气﹑硫化氢
非 二极管整流特 电性 阻 型
晶体管特性
四、半导体气敏材料与传感器发展概况
1、气敏传感器发展---材料科学研究的发展概况 2、 N 型半导体气敏材料 ---- 主要载流子是电子，常用 Sn02、 Fe2O3、ZnO等； 3、P 型半导体气敏材料----主要载流子是空穴，常用NiO、 CuO、LaFeO3等。 4、发展趋势—— 一 维纳米材料气敏材料， 纳米气敏传感器， 小型化、集成化、智能化、多功能化
(6) 维护方便。
三、气体传感器分类
（一）、按机理分类 1、物理型传感器-------通过电流、电导率、光的折射率等物理量的 变 化来实现检测；。 2、化学型传感器-----通过电化学反应引起物理量的变化进行检测。 （二）、按结构分类 3、干式传感器-------使用时必须加热，使电介质和催化剂长期处于 高温状态。往往会导致性能劣化。 4、湿式传感器-------电极表面浸入电解液中，根据化学反应所引起 的变化量 ( 包括颜色的变化，离子量的变化， 电 流的变化等)来进行检测。。
半导体传感器
1 气敏传感器
2 湿敏传感器
3 磁敏传感器 4 色敏传感器 5 半导体传感器的应用
1 气敏传感器 1.1 半导体气敏传感器
● 介绍气敏传感器的概念，种类；
● 按构成材料的特性 ，分为半导体和非半导 体两大类 ； ● 半导体气敏传感器可分为电阻型和非电阻 型两类, ● 电阻型与非电阻型检测气体的浓度功能的 不同
1.4 半导体气敏传感器的结构 半导体气敏传感器结构分为烧结型、薄膜型和厚膜型
1 烧结型气敏器件的结构，如图2示：
图2 烧结型半导体气敏传感器结构
（1) 直热式烧结型气体传感器
将加热元件与测量电极一同烧结在氧化物材料及催化添加剂的 混合体内，加热元件直接对氧化物敏感元件加热
（2）旁热式烧结型气敏传感器
二、气体传感器的技术要求
1 、工作环境 ------ 气体传感器大多工作于恶劣环境中，敏感材料经 过 一段时间后会变质、劣化。传感性能下降。 2、气体传感器性能要求 (1) 单一气体选择性，对共存的其他气体不敏感； (2) 灵敏度高，能检测规定浓度气体； (3) 响应速度快，再现性好； (4) 稳定性好； (5) 制造成本和使用价格低廉，具有普及性；
以及对干扰气体的抑制能力，如下式表示：
S A/ B
SA/B-传感器对A气体的选择性系数； KA-传感器在单纯A气体中的灵敏度 ； KB-气体传感器在单纯B气体中的灵敏度。
KA KB
▲ 响应时间：表示气敏器件对被检测气体响应速度； ▲ 恢复时间 ：表示气敏元件对被测气体的脱附速
度，用trec表示 。
表1半导体气敏传感器的分类
物理特性 敏感材料 工作温度 室温 ~450℃﹑ 被测气体
表面电阻控 氧化锡﹑氧化锌 电 制 电 阻阻 型 氧化钛﹑氧化锡 体电阻控制 ﹑氧化镁
可燃性气体
300℃~450 可燃性气体﹑乙 ℃ 醇﹑氧气
表面电位
氧化银 铂/硫化镉﹑铂/ 氧化钛 铂栅MOS场效应管
室温 室温 ~450℃ 150℃