半导体式传感器
半导体传感器
长为L、宽为b、厚为d的导体（或半导体）薄片，被置于磁感应强度
为B的磁场中（平面与磁场垂直），在与磁场方向正交的两边通以控制 电流 I，则在导体另外两边将产生一个大小与控制电流 I 和磁感应强度 B 乘积成正比的电势UH，且UH＝KHIB，其中KH为霍尔元件的灵敏度。这 一现象称为霍尔效应，该电势称为霍尔电势，导体薄片就是霍尔元件。
2．输入电阻Ri和输出电阻R0 Ri是指流过控制电流的电极（简称控制电极）间的电阻值， R0是指霍尔元件的霍尔电势输出电极（简称霍尔电极）间的电阻， 单位为Ω。可以在无磁场即B＝0时，用欧姆表等测量。 3．不平衡电势U0 在额定控制电流 I 之下，不加磁场时，霍尔电极间的空载霍 尔电势称为不平衡(不等)电势，单位为mV。不平衡电势和额定控 制电流 I 之比为不平衡电阻r0。 4．霍尔电势温度系数α 在一定的磁感应强度和控制电流下，温度变化1℃时，霍尔 电势变化的百分率称为霍尔电势温度系数α，单位为1／℃。 4
的输入电阻随温
度的增加值为
ΔRi = Rit0βt。用
稳压源供电时， 控制电流和输出 电势的减小量为
IRIR t0iR t0i(t10tt)
UHUH0R R i0 tR it(0 t1 (1 t)t)
全 补 偿 条 件 ： U H U HR()R it0(1t)
在霍尔元件的β、α为已知的条件下，即可求得R与Rt0的关系。但是，R 仍然是温度t的函数。实际的补偿电路如上图 (c)所示。调节电位器W1可 以消除不等位电势。电桥由温度系数低的电阻构成，在某一桥臂电阻上 并联热敏电阻Rt。当温度变化时，热敏电阻将随温度变化而变化，使补 偿温度电基桥本的无输关出。电压UH相应变化，只要仔细调节，即可使其输出电压12UH与
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。
《半导体传感器》课件
开拓新的应用领域，如医疗健康、环境监测、智能交 通和智能家居等，以满足不断增长的市场需求。
市场
加强国际合作与交流，推动传感器技术的国际市场拓展 ，提高国际竞争力。
THANKS
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气体传感器
总结词
检测空气中的有害气体
详细描述
气体传感器利用半导体的气敏效应，能够检 测空气中的有害气体，如一氧化碳、二氧化 硫等。这些传感器在环境保护、工业安全等 领域有广泛应用。
紫外线传感器
总结词
监测紫外线的强度和照射时间
详细描述
紫外线传感器能够监测环境中紫外线的强度 和照射时间，对于预防紫外线辐射损伤和保 护皮肤健康具有重要意义。这些传感器广泛
敏感材料
敏感材料是半导体传感器的重要组成 部分，负责将待测物理量转换为电信 号。
选择敏感材料时需要考虑其稳定性、 灵敏度、响应速度和耐腐蚀性等性能 指标。
常见的敏感材料包括金属氧化物、硅 、陶瓷等，它们具有不同的特性，适 用于不同的应用场景。
敏感材料的制备方法包括化学气相沉 积、物理气相沉积、溶胶-凝胶法等， 这些方法能够控制材料的成分和结构 ，从而影响传感器的性能。
测试的目的是检测传感器的性能指标是 否达到设计要求，以及在不同条件下的 稳定性和可靠性。
03
半导体传感器的性能参数
线性范围与灵敏度
线性范围
衡量传感器输出与输入之间线性关系 的参数，即输入量在一定范围内变化 时，输出量与输入量成正比。
灵敏度
表示传感器输出变化量与输入变化量 之比，即单位输入变化引起的输出变 化量。
半导体传感器的主要应用领域
医疗领域
用于生理参数的监测，如体温、血压、血氧 饱和度等。
环保领域
半导体温度传感器课件
输出信号处理电路的设计也是半 导体温度传感器性能的关键因素
之一。
03
半导体温度传感器的应 用
CHAPTER
工业测温
总结词 详细描述
医疗设备
总结词
详细描述
汽车电子
总结词
汽车电子系统中的半导体温度传感器主要用于发动机、空调等系统的温度监测和 控制，提高汽车的安全性和舒适性。
详细描述
殊需求。
智能化与网络化
结合物联网和人工智能技术，半 导体温度传感器可以实现远程监 控、实时数据处理和智能诊断等 功能，提升传感器应用的智能化
水平。
高精度与高可靠性
随着工业自动化和智能制造的快 速发展，对半导体温度传感器的 测量精度和可靠性提出了更高的 要求，促使传感器不断优化设计、
提升性能。
技术挑战与机遇
随着汽车电子技术的不断发展，温度传感器在汽车中的应用越来越广泛。半导体 温度传感器能够实时监测发动机、刹车系统、空调等关键部位的温度，并通过控 制系统调节温度，确保汽车的安全运行和舒适度。
智能家居
总结词 详细描述
04
半导体温度传感器的技 术发 展
CHAPTER
材料技 术
材料纯度提升 新材料研发
市场前景
应用领域不断拓展
市场规模持续增长
THANKS
感谢观看
选型原则
量程范围
选择能够测量所需温度 范围的传感器，确保传 感器不会过载或测量不
准确。
精度要求
根据测量需求选择具有 适当精度的传感器，以 确保测量结果的可靠性。
稳定性
尺寸与安装方式
选择经过稳定处理的传 感器，以确保长期测量
的准确性。
根据安装空间和要求选 择适合的尺寸和安装方 式，以便于安装和固定。
半导体传感器的工作原理
半导体传感器的工作原理半导体传感器是一种常用的传感器技术，广泛应用于各个领域。
它的工作原理基于半导体材料的特殊性质，通过测量半导体材料的电学参数变化来检测和测量环境中的某些物理量。
半导体传感器的工作原理可以简单地概括为以下几个步骤：1. 基于半导体材料的特性：半导体材料具有在不同环境条件下电学参数变化的特性。
其中最常用的半导体材料是硅和氧化铝。
2. 材料的特殊结构：半导体传感器通常采用特殊的结构设计，例如PN结、MOS结构等。
这些结构可以使半导体材料在受到外界作用时发生电学参数的变化。
3. 物理量的作用：半导体传感器通常用来检测环境中的某些物理量，例如温度、压力、湿度等。
当这些物理量作用于半导体材料时，会引起材料电学参数的变化。
4. 电学参数的变化：物理量的变化引起半导体材料电学参数的变化，例如电阻、电容、电流等。
这些电学参数的变化可以通过适当的电路进行测量和处理。
5. 信号的转换和处理：半导体传感器测得的电学参数变化被转换成与物理量相关的电信号，并通过信号处理电路进行放大、滤波和线性化处理。
6. 结果的输出：经过转换和处理后的电信号可以通过数字或模拟方式进行输出，以供用户使用。
用户可以根据输出信号来获取环境中物理量的信息。
半导体传感器的工作原理可以应用于许多领域。
例如，在温度传感器中，半导体材料的电阻随着温度的变化而变化，通过测量电阻的变化可以间接地得到温度信息。
在压力传感器中，半导体材料的电容随着压力的变化而变化，通过测量电容的变化可以得到压力的信息。
在湿度传感器中，半导体材料的电阻或电容随着湿度的变化而变化，通过测量电阻或电容的变化可以得到湿度的信息。
半导体传感器具有许多优点，例如体积小、功耗低、响应速度快、精度高等。
这些优点使得半导体传感器在各个领域得到了广泛的应用，例如工业自动化、环境监测、医疗仪器、汽车电子等。
半导体传感器是一种基于半导体材料特性的传感器技术。
它通过测量半导体材料的电学参数变化来检测和测量环境中的物理量。
半导体温度传感器原理
半导体温度传感器原理
半导体温度传感器是一种利用半导体材料特性来测量温度的装置。
其原理是基于热电效应或者温度对半导体材料电学特性的影响。
1. 热电效应原理
半导体材料的导电性质随温度的变化而发生改变。
这种特性被称为热电效应。
利用热电效应，可以测量半导体材料与环境温度的差异。
具体而言，当一个半导体材料的两端温度不同时，电子在半导体中会随着温度梯度而从热端向冷端流动，从而形成了一个电势差。
以差分方式测量这个电势差，可以得到温度的信息。
2. 温度对电阻的影响原理
半导体材料的电阻随温度的变化而发生改变。
这种特性被称为正温度系数。
利用温度对电阻的影响原理，可以通过测量半导体材料的电阻变化来推断温度的变化。
一般情况下，半导体材料的电阻会随温度的升高而增加，这个关系可以通过电阻温度系数来表示。
通过测量半导体材料电阻的变化，可以计算出相应的温度。
综上所述，半导体温度传感器利用半导体材料特性与温度的关联，通过测量热电效应或电阻变化来获得温度信息。
这种传感器具有响应速度快、尺寸小、精度高的优点，在很多应用领域都被广泛采用。
半导体式传感器
第一节 气敏传感器
3、Pd-MOSFET气敏器件 这种器件是利用MOS场效应晶体管（MOSFET）的阈值电
压的变化做成的半导体气敏器件。Pd-MOSFET与普通 MOSFET的主要区别在于用Pd薄膜取代Al膜作为栅极。因 为钯对H2吸附能力强，而H2在钯上的吸附将导致钯的功函 数降低。阈电压UT的大小与金属和半导体之间的功函数差有 关。Pd-MOSFET气敏器件正是利用H2在钯栅上吸队后引 起阈电压UT下降这一特性来检测H2浓度的。 由于目前大多数气敏器件的选择性并不理想，而钯膜只对H2 敏感，所以Pd-MOSFET对氢有独特的高选择性。由于这类 器件的性能尚不太稳定，作为定量检测氢气浓度还存在一些 问题。
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第一节 气敏传感器
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。
2022/8/29 温暖、随和、非正式、非个人、敌意、严格17、
一、班级社会体系理论
社会系统论者认为，组织是一群人彼此分 工合作，为达成某种目的而形成的一种有 机的结构，组织各部分是有机的、系统的、 稳定的关系结构。
班级社会体系理论（classroom as a
social system）是欧美关于班级组织理
第七章 半导体式传感器
第一节 气敏传感器 第二节 湿敏传感器 第三节 磁敏传感器 第四节 色敏传感器
第一节 气敏传感器
所谓半导体气敏传感器，是利用半导体气敏元件同气体接触， 造成半导体性质变化，借此检测特定气体的成分或者测量其 浓度的传感器的总称。
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。
半导体传感器工作原理
半导体传感器工作原理
在半导体中，当一个电子进入一个材料的时候，该材料中的
原子被激发并将产生电子-空穴对。
根据量子力学原理，当一个
电子进入材料中时，它会在材料中激发出一个电子和一个空穴。
电子和空穴以一种被称为复合的方式形成电荷。
当它们以某种方
式复合时，它们会失去一些能量，这会导致电子-空穴对发生变化。
在一种情况下，电子和空穴以一种称为自旋的方式结合在一起。
与此相反，当它们以另一种方式结合时，它们会发生在一种
称为双电的过程中，在这一过程中电子和空穴结合在一起。
当半导体材料被加热时，它会从基态变成激发态。
如果温度
保持不变，那么处于激发态的材料就会发出一个光子或一个电子。
如果温度发生变化，那么光子或电子将返回到基态。
在此过程中，它们会失去能量并变成没有能量的粒子或离子。
这一过程称为激发。
当材料受到温度变化的影响时，它的自旋方向就会发生变化。
在这个过程中，自旋方向从基态向激发态转变。
当温度发生变化时，材料中的电子-空穴对就会发生变化。
—— 1 —1 —。
半导体集成温度传感器
1．引脚说明
DS18B20的引脚如图4-26所示。 GND：接地端。 DQ：数据输入/输出引脚。单线操作时应使漏极开路。 VCC：可选的电源正极引脚。寄生电源供电方式时接地。
图4-24 AD590
2．数字量半导体集成温度传感器
将温度传感器和A/D转换电路集成在一个芯片上构成的。 将温度信号直接转换为并行或串行数字信号供中央处理器处理， 抗干扰性比模拟量半导体集成温度传感器更强。 广泛应用于工业控制、电子测温计、医疗仪器等各种温度控制与 检测系统中。 典型产品有DS18B20、MAX6575和MAX6635等。
DS18B20工作过程一般遵循：初始化→ROM操作命令→存储器操作命令→处理数据。
图4-27 DS18B20的组成
3．供电方式
（1）寄生电源供电。 特点：① 进行远距离测温时，无须本地电源；② 可以在没
有常规电源的条件下读取ROM；③ 电路更加简洁，仅用一个I/O 口实现测温；④ 只适用于单一温度传感器测温情况。
图4-28 电子温度计系统
传感器原理与应用
3．开关量半导体集成温度传感器
开关量半导体集成温度传感器主要包括温控开关和可编程温度控制器两种。 典型产品有KSD9700、KSD301、MAX6501/02/03/04及其他智能温控开关。
1.2 典型集成温度传感器——数字温度计DS18B20
DS18B20的测量范围为 ～125℃，增量值为0.5℃，可将温度信号直接转换 为9～12位的数字量输出。
图4-25 DS18B20实物 图4-26 DS18由64位ROM、单线端口、温度传感器、存储器和控制逻辑、暂存器、 电源探测、8位CRC产生器、非易失性温度报警触发器TH（上限触发）和TL（下限触发） 等组成。
半导体传感器
E g ( T ) = E g (0 ) −
γT
2
T +β
α 0 与材料有关, GaAs半导体材料中 α 0 =2.462×104(cm·eV)-1；γ 为 光子频率。
根据Beer-Lambert的吸收定律,并综合以上三式，可以得到半导体 光强I与温度T的关系：
I ( T ) = I 0 (1 − R ) • e x p { − α 0
NTC热敏电阻 •以锰、钴、镍和铜等金属氧化物为主要材料， 采用陶瓷工艺制造而成； •电阻随温度上升呈指数关系减小； •温度测量范围-100℃~300℃； •应用于测温、控温、温度补偿等方面；
光敏元件： 光敏元件： 光电转换传感器是基于半导体的光电效应，半导体光敏元件按光电效 应的不同而分为光导型和光生伏特型。光导型如光敏电阻，是一种半导体 均质结构；光生伏特型包括光电二极管、光电三极管、光电池、光电场效 应管和光控可控硅等，它们属于半导体结构型器件。 主要参数有灵敏度、光照率、伏安特性、频率响应特性等，主要由材 料、结构和工艺决定。 半导体光敏元件广泛应用于精密测量、光通信、摄像、夜视、遥感、 制导、机器人、质量检查、安全报警以及测量和控制装置中。
光敏电阻： 光敏电阻 •以硫化镉、硫化铝、硫化铅等为主要材料； •电阻值随入射光的强弱而改变； •应用于光的测量、光的控制和光电转换等方面；
湿敏元件： 湿敏元件： 特性参数随环境湿度变化而明显变化的敏感元件。当半导体表面或界 面吸附气体水分子时，半导体的电学特性等物理性质发生变化，从而检测 湿度。 半导体湿度传感器具有体积小、重量轻、测量精度高、稳定性好，耐 水性好、价格低廉等特点。湿度传感器广泛应用于监控大气环境湿度变化、 仓贮、粮食及食品质量、交通运输、仪表电器等方面。
半导体传感器分类
半导体传感器分类半导体传感器是一种基于半导体材料制造的传感器，它能够将感知到的物理量转化为电信号输出。
根据其工作原理和应用领域的不同，半导体传感器可以分为多种类型，下面将对常见的几种半导体传感器进行分类介绍。
1. 温度传感器温度传感器是最常见的一种半导体传感器。
它通过测量半导体材料的电阻、电压或电流的变化来检测环境温度的变化。
常见的温度传感器包括热敏电阻、温度敏感二极管（如硅温度传感器）和集成温度传感器（如数字温度传感器）。
温度传感器广泛应用于工业过程控制、家用电器、汽车等领域。
2. 压力传感器压力传感器是用于测量气体或液体压力的半导体传感器。
根据测量原理的不同，压力传感器分为电阻式压力传感器、电容式压力传感器和半导体应变传感器。
电阻式压力传感器通过测量半导体电阻的变化来检测压力变化；电容式压力传感器则是通过测量半导体材料中电容的变化来实现压力测量。
压力传感器广泛应用于工业自动化、航空航天、汽车、医疗等领域。
3. 气体传感器气体传感器是用于检测环境中特定气体浓度的半导体传感器。
根据检测气体的不同，气体传感器可以分为氧气传感器、一氧化碳传感器、二氧化碳传感器等。
这些传感器通过半导体材料与目标气体之间的相互作用，测量气体浓度并输出相应的电信号。
气体传感器广泛应用于环境监测、工业安全、室内空气质量检测等领域。
4. 湿度传感器湿度传感器是用于测量环境湿度的半导体传感器。
它通过测量半导体材料的电容、电阻或电流的变化来检测湿度的变化。
常见的湿度传感器有电容式湿度传感器和电阻式湿度传感器。
湿度传感器广泛应用于气象观测、室内环境监测、农业等领域。
5. 光敏传感器光敏传感器是用于检测光强度的半导体传感器。
根据光敏材料的不同，光敏传感器可以分为光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管等。
它们通过测量光敏材料的电阻、电流或电压的变化来检测光强度的变化。
光敏传感器广泛应用于照明控制、光电测量、安防监控等领域。
总结：半导体传感器是一种将物理量转化为电信号输出的传感器。
半导体指纹传感器原理
半导体指纹传感器原理
半导体指纹传感器是一种基于半导体材料的生物识别技术，用于识别和验证人类指纹。
它的工作原理基于指纹的物理特性和半导体材料的电学特性。
当一个指纹被放置在传感器上时，传感器表面的半导体材料与指纹之间会发生接触。
半导体材料通常被设计成一系列微小的温度传感器，称为热电偶。
当指纹接触到热电偶时，指纹本身的温度会传导到热电偶上。
接下来，通过对热电偶的电阻或电压测量，可以检测到指纹和半导体材料之间的微小温度差异。
这些温度差异是由指纹的凹凸纹理所引起的，因为在指纹的凹槽区域会导致温度略微降低，而在凸起区域则会稍高。
这些微小的温度变化被转换为电信号，通过特定的算法和模式匹配进行指纹验证。
与其他传感器技术相比，半导体指纹传感器具有几个优点。
首先，它是非接触式的，不需要直接接触人体指纹，因此更加卫生和方便。
其次，半导体材料具有良好的导热性能，可以快速响应指纹的温度差异，从而提高识别速度和准确性。
总之，半导体指纹传感器通过测量指纹和半导体材料之间的微小温度差异，实现对指纹的识别和验证。
这项技术在安全领域和移动设备等应用中具有广泛的潜力。
半导体湿度传感器的原理
半导体湿度传感器的原理
半导体湿度传感器又称为电阻式湿度传感器，其原理是将半导体材料作为感湿元件，将电导率的变化关联准确测量出相对湿度的变化。
半导体湿度传感器中主要的感湿元件是一种吸水性化合物，当空气中的水分子被吸到感湿元件表面时，化合物吸水量增加，导致感湿元件的电阻值随之发生变化，从而可以测量出相对湿度。
当空气中的水分子越多，感湿元件吸收的水分就越多，电阻值也就越小。
当空气中的水分减少时，感湿元件的吸湿量也会减小，电阻值也会增加。
半导体湿度传感器通过测量电阻值的变化来计算相对湿度的值，并将其转换为数字信号输出，以便于读取和处理。
该传感器具有响应速度快、精度高、可靠性强等优点，被广泛应用于环境监测、气象预测、工业生产等领域。
半导体式co传感器
半导体式co传感器1.引言1.1 概述半导体式CO传感器是一种基于半导体材料技术的一种气体传感器，专门用于检测和监测一氧化碳（CO）气体浓度。
随着工业化进程的加快以及日益严重的空气污染问题，CO传感器的需求日益增长。
相比传统的CO传感器，半导体式CO传感器具有灵敏度高、成本低、功耗低等优点，因此在环境保护、工业安全、智能家居等领域得到广泛应用。
半导体式CO传感器的工作原理基于半导体材料与CO气体之间的化学反应。
当CO气体与半导体材料接触时，会发生氧化还原反应，导致半导体材料的电阻发生变化。
通过测量电阻的变化，就可以确定CO气体的浓度。
与传统的CO传感器相比，半导体式CO传感器的灵敏度更高，可以检测到更低的CO浓度，并且响应速度更快。
半导体式CO传感器的应用领域广泛。
在室内环境监测中，它可以用于检测燃气、车辆尾气、室内加热设备等产生的CO气体，及时发现CO 泄漏并采取相应的安全措施。
在工业领域，半导体式CO传感器可以应用于煤矿、化工厂、燃煤发电厂等危险环境下的CO检测，预防CO中毒事故的发生。
此外，半导体式CO传感器还可以集成到智能家居系统中，实现自动报警和联动控制，提高居民生活的安全性和舒适度。
综上所述，半导体式CO传感器以其灵敏度高、成本低、功耗低等优势，成为现代气体传感器领域的重要技术。
随着科技的不断进步和应用需求的增加，半导体式CO传感器在环境保护、工业安全等方面发挥着重要的作用。
在未来的发展中，我们可以期待半导体式CO传感器在精度、稳定性、响应速度等方面进一步提升，为人类创造更加安全和健康的生活环境。
1.2 文章结构文章结构部分的内容包括：本文共分为三个主要部分：引言、正文和结论。
引言部分首先对半导体式CO传感器进行概述，介绍其定义、原理和应用。
然后给出本文的结构安排，说明各个部分的主要内容和目的。
正文部分则主要分为两个小节：半导体式CO传感器的原理和半导体式CO传感器的应用。
其中，2.1小节将详细介绍半导体式CO传感器的工作原理，包括半导体式CO传感器的基本结构、工作原理和检测原理等。
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1.气 敏 传 感 器
半导体气敏传感器是利用待测气体与半导体表面 接触时，产生的电导率、半导体性质等物理性质变化 来检测气体的。
气敏电阻的材料是金属氧化物，在合成材料时， 通过化学计量比的偏离和杂质缺陷制成。金属氧化物 半导体分为：N型半导体，如氧化锡，氧化铁，氧化 锌，氧化钨等；P型半导体，如氧化钴，氧化铅，氧 化铜等。为提高选择性和灵敏度，还会渗入催化剂， 如钯（Pd）、铂（Pt）、银（Ag）等。
16
1.气 敏 传 感 器
图2(b)为薄膜型器件。
它采用蒸发或溅射工艺，
在石英基片上形成氧化物
半导体薄膜（其厚度约在
100nm 以 下 ） ， 制 作 方 法
简单。实验证明，SnO2半 导体薄膜的气敏特性最好，
但这种半导体薄膜为物理
性附着，因此器件间性能 图2 气敏半导体传感器的器件结构
差异较大。
10
1.气 敏 传 感 器
当氧化型气体吸附到N型半导体上，还原型 气体吸附到P型半导体上时，将使半导体载流子 减少，而使电阻值增大。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，使半导体电阻值下降。
N型半 导体
P型半 导体
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1.气 敏 传 感 器
气敏传感器是暴露在各种成分的气体中使用 的，由于检测现场温度、湿度的变化很大，又存 在大量粉尘和油雾等，所以其工作条件较恶劣， 而且气体对传感元件的材料会产生化学反应物， 附着在元件表面，往往会使其性能变差。
半导体式传感器
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一、概述 二、半导体气敏传感器的机理
三、半导体气敏传感器类型及结构
四、气敏传感器应用
可燃气体报警器
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一、概述 气敏传感器是用来检测气体类别、浓度和
成分的传感器。由于气体种类繁多, 性质各不 相同，不可能用一种传感器检测所有类别的气 体，因此，能实现气-电转换的传感器种类很多， 按构成气敏传感器材料类别可分为半导体和非 半导体两大类。目前实际使用最多的是半导体 气敏传感器。
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图2(a)为烧结型气敏器件。这类器件以SnO2 半导体材料为基体，将铂电极和加热丝埋入SnO2 材料中，用加热、加压、温度为700~900℃的制陶 工艺烧结成形。因此，被称为半导体陶瓷，简称 半导瓷。烧结型器件制作方法简单，器件寿命长； 但由于烧结不充分，器件机械强度不高，电极材 料较贵重，电性能一致性较差，因此应用受到一 定限制。
图3 直热式气敏器件的结构及符号 (a) 结构； (b) 符号 19
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旁热式气敏器件的结构及符号如图4所示，它是将加
热丝放置在一个陶瓷管内，管外涂梳状金电极作测量极，
在金电极外涂上SnO2等材料。它克服了直热式结构的缺 点，使测量极和加热极分离，避免了测量回路和加热回
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（1）体电阻控制型气敏传感器 利用体电阻的变化来检测气体，主要对象有液化
石油气（主要是丙烷）、煤气（主要是氢气、CO）、 天然气（主要是甲烷）。 如利用SnO2气敏元件可做酒 精探测器，当酒精气体被检 测到时，气敏元件电阻值降低 ，测量回路有信号输出，提供 给电表显示或指示灯发亮。需 提供加热电源。
当半导体材料的分子相对于吸附分子来说 易于失去电子，吸附分子将从器件夺得电子而变 成负离子吸附，半导体表面呈现正电荷层。例如 氧气等具有负离子吸附倾向的气体被称为氧化型 气体或电子接收性气体。如果半导体材料的分子 相对于吸附分子来说易于得到电子，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H2、CO、碳氢化合物和醇 类，它们被称为还原型气体或电子供给性气体。
图1 N型半导体吸附 气体时器件阻值变化图 13
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三、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 按其结构，可分为烧结型、薄膜型和厚膜 型三种。
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图2 气敏半导体传感器的器件结构 (a) 烧结型气敏器件； (b) 薄膜型器件； (c) 厚膜型器件
电容型是根据CaO-BaTi3等复合氧化物随CO2 浓度的变化，其静电容量有很大变化而制成。
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表一 半导体气敏元件的分类
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1.气 敏 传 Βιβλιοθήκη 器二、半导体气敏传感器 的机理
半导体气敏传感器 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而 制成的。
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图1表示了气体接触 N型半导体时所产生的 器件阻值变化情况。空 气中气体含量恒定，器 件阻值也相对固定。若 气体浓度发生变化，其 阻值也将变化。根据这 一特性，可以从阻值的 变化得知吸附气体的种 类和浓度。N型材料有 SnO2、ZnO、TiO2等，P 型材料有MoO2、Cr2O3等。
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酒精测试仪
呼气管
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（2）非电阻型型气敏传感器 主要有二极管、场效应晶体管（FET）和电容型
几种。 二极管气敏传感器是利用一些气体被金属与半导
体界面吸收，对半导体禁带宽度或金属的功函数的影 响，而使二极管整流特性发生性质变化而制成。
场效应晶体管（FET）型是根据栅压阀值的变化 来检测未知气体。
图2 (c) 厚 膜型器件
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加热方式一般有直热式和旁热式两种，直热式气敏 器件的结构及符号如图3所示，它是将加热丝、测量丝 直接埋入SnO2或ZnO等粉末中烧结而成的，工作时加热 丝通电，测量丝用于测量器件阻值。制造工艺简单、成 本低、功耗小，但热容量小，易受环境气流的影响，测 量回路和加热回路间没有隔离而相互影响。
(b) 薄膜型器件
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厚膜型器件是将氧化物半导体材料与硅凝胶混合制成能 印刷的厚膜胶，再印刷到装有电极的绝缘基片上，经烧结制 成。这种工艺制成的元件机械强度高，离散度小，适合大批 量生产。这些器件全部附有加热器，作用是将附着在敏感元 件表面的尘埃、油雾等烧掉，加速气体吸附和反应，从而提 高器件的灵敏度和响应速度。加热器的温度一般控制在 200~400℃左右。