第10章 气、湿敏传感器
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4. 恢复时间trcc 从元件脱离检测气体开始到其阻值恢复到正常空 气中阻值所需要的时间，称为恢复时间，又称脱 附时间。
实际上，常将气敏元件阻值增量由零变化到稳定 值的63％所需的时间定义为响应时间trcs，恢复 时间trcc亦然。
三、SnO2气敏元件的结构和参数
5. 加热电阻RH和加热功率PH。
氧吸附在半导体表面时，吸附的氧分子从半导体 SnO2表面夺取电子，形成受主型表面能级，从而使 表面带负电，成为负离子吸附，即
1 2 O2 e O 式中：O — 吸附氧；
e —电子的电荷量
二、SnO2气敏元件的工作原理
由于氧吸附力很强，因 此，SnO2气敏器件在 空气中放置时，其表面 总是会有吸附氧的， 其吸附状态可以
为了确保安全，防患于未然，须对各种可燃性气体、有毒性 气体进行定量分析和检测。气敏元件就是能感知环境中某种 气体及其浓度的一种器件。气体传感器能将气体种类及其与 浓度有关的信号转换成电信号(电流或电压)。根据这些电信号 的强弱就可以获得与待测气体在环境中存在情况相同的有关 信息，从而可以进行检测、监控、报警。
二、SnO2气敏元件的工作原理
3) 烧结温度和加热温度对气敏特性有明显的影响。图 1 0 - 6 ( a)、(b) 分 别 为 烧 结 温 度 为 6 0 0 oC 和 4 0 0 oC 时 SnO2(添加ThO2)的气敏特性。
由图10-6(a)可以看出，工作加热温度在170~200oC范围内，H2 的灵敏度曲线(灵敏度用输出电压表示)呈抛物线状，而对CO，
小了环境气氛对元件加热温度影响，并保持了材料结
构的稳定性。所以，旁热式气敏元件稳定性和可靠性 比 直 热 式 有 所 改 进 。 目 前 国 产 QM—N5 型 和 日 本 TGS812、813型气敏元件均采用这种结构。
三、SnO2气敏元件的结构和参数
(二)主要性能参数
1. 固有电阻R0和工作电阻Rs R0表示气敏器件在正常空气条件下(或洁净空 气条件下)的阻值，又称正常电阻。Rs表示气 敏器件在一定浓度的检测气体中的阻值。
一、概述
气体检测方法很多，其中半导体气敏传感器具有使 用方便、费用低廉、性能稳定、灵敏度高、可把气 体浓度转换成电量输出等优点，故得到了广泛应用。 (一)半导体气敏传感器的分类 (1)半导体气敏传感器按其物理性质分为：
①表面型：利用半导体材料的表面吸附效应，根 据半导体表面电阻变化来检测各种气体的传感 器。
高浓度中曲线平缓，并趋于饱和。这表明烧结型 SnO2气敏元件在低浓度气体中的灵敏度高，器件电 阻变化明显，而在高浓度气体中元件的电阻趋于稳定。
因此，它适宜于检测低浓度微量气体，如检查可燃性 气体的泄漏、定限报警等。
三、SnO2气敏元件的结构和参数
3. 响应时间trcs 从器件接触一定浓度的被测气体开始到其阻值达 到该浓度下稳定阻值的时间，称为响应时间。它 代表气敏器件对检测气体的响应速度。
O H2 H2O e
减少了O-的密度，吸附的气体分子将向SnO2注入电子。 形成正离子吸附，电子势垒高度降低，如图10-2(b)所 示，从而器件阻值降低。
根据吸附气体产生能级模型分析，暴露于大气中的N 型氧化物半导体SnO2 。其表面总是吸附着一定量的 电子施主(如氢原子)或电子受主(氧原子)，由此能组成 与半导体内部进行电子交换的表面能级，并形成位于 表面附近的空间电荷层。该表面能级相对于半导体本 身费米能级的位置，取决于被吸附气体的亲电性。
是 O2、O、O2 等等， 均是负电荷吸附状态，
使接触晶界电子势垒高 度 升 高 ， 如 图 1 0 - 2 ( a)
电子势垒从虚线升至实 线 ， 使 SnO2 表 面 区 载 流子浓度下降，器件电 阻升高。
二、SnO2气敏元件的工作原理
当SnO2气敏器件接触还原性气体如H2、CO等时，被 测气体则同吸附氧发生反应，即
由于SnO2具有上述特点，因此是目前生产量最 大，应用范围最广泛的一种气体敏感元件。本 节以SnO2气敏元件为主做以介绍。
二、SnO2气敏元件的工作原理
目前采用很多种半导体材料制备出不同结构类型的 半导体气敏器件，其晶粒间界结构复杂，催化剂和 添加剂在多晶氧化物半导体中的分布情况也是非常 复杂的。又由于被测气体对象不同，因此其工作机 理也不同。对此进行完整统一的解释是比较困难的。
加。因此，通过改变气体
在半导体表面的浓度，空
间电荷区域的电导率就可 以得到调制。
二、SnO2气敏元件的工作原理
添加增感剂(如钯Pd) 可以起催化作用， 从而促进上述反应 过程，提高器件的 灵 敏 度 。 这 时 H2 在 Pd 表面 上分解 成氢 离子，然后与器件 表 面 的 氧 O- 发 生 吸 附反应。增感剂作 用如图10-3 (b)所示。
二、SnO2气敏元件的工作原理
如果亲电性高(即氧化 性气体)，产生的表面
能级将位于费米能级 上方，如图10-4(a)所
示，被吸附分子从空
间电荷吸取电子而成
为负离子吸附在半导
体表面，使空间电荷 层 宽 度 增 加 ( Δd)， 势 垒 高 度 增 加 ( Δφ ) ， 其
结果是空间电荷层内
由于电子载流子密度 降低(导电电子减少)， 电导率相应减少。
另外，为了使用方便，有时用取样电阻的输出电压 比或输出电压来表示灵敏度。
烧结型SnO2气敏元件对多种可燃气体和液体蒸气都有敏 感性，其灵敏度因气体和液体蒸气的不同而异。图10-9 为直热式和旁热式烧结型气敏元件的灵敏度特性曲线。
由图可知：不同气体在同一浓度下的灵敏度不同； 同一气体在低浓度时元件的输出特性曲线陡峭，而在
2. 灵敏度S
通常用气敏器件在一定浓度的检测气体中的阻 值Rs与正常空气中的阻值R0之比表示灵敏度， 即 S Rs R0
三、SnO2气敏元件的结构和参数
由于正常空气条件难以获得，所以，常用两种不同 浓度气体中器件电阻之比来表示灵敏度，即
S Rs (c2 ) Rs (c1)
式中：Rs (c1) — 在检测气体浓度为 c1的气体中的器件电阻； Rs (c1) — 在检测气体浓度为 c2的气体中的器件电阻。
②体型：利用半导体与气体间的相互作用，使半 导体内部晶格组成状态发生变化而导致电导率 变化的传感器。
一、概述
Hale Waihona Puke Baidu(2)半导体气敏传感器按转换形式分为：
①电阻式：气体接触半导体时，使其电阻值发 生变化的气敏传感器。
②非电阻式：当气体接触MOS场效应管或金属 -半导体结型二极管时，前者的阈值电压和后 者的整流特性(电容C-电压V特性)发生变化的 气敏传感器。
2) 旁热式SnO2气敏元件。这种元件结构示意图如图 10-8所示。其管芯增加了一个陶瓷管，在管内放
进高阻加热丝，管外涂梳状金电极作测量极，在 金电极外涂SnO2材料。
三、SnO2气敏元件的结构和参数
由于测量极与加热丝分开，加热丝不与气敏元件接触， 避免了回路之间的互相影响；加上元件热容量大，减
一、概述
2) SnO2的物理、化学性能稳定、寿命长、耐腐蚀。 3) SnO2对气体检测是可逆的，而且吸附、脱附时
间短，可连续长时间使用。
4) 元件结构简单，成本低，可靠性高，机械性能 好。
5) 被检测气体浓度可通过元件电阻的变化直接转 换为电信号，且灵敏度高，因此信号处理不用 放大器或不需高倍数放大电路就可实现。
直热式SnO2气敏元件的缺点是：热容量小，易 受环境气流的影响；测量回路与加热回路间没 有隔离，互相影响；加热丝在加热和不加热状 态的热胀冷缩，易造成接触不良。
国 产 QN 型 和 MQ 型 气 敏 元 件 ， 日 本 弗 加 罗 TGS”109型气敏元件均属于此类。
三、SnO2气敏元件的结构和参数
实验证明，在上述氧化物半导体材料中，掺入 适量的添加物作为催化剂，如钯(Pd)、铂(Pt)、 钛(Ti)、银(Ag)等，可提高对某些气体的选择性 和灵敏度。
在诸多半导体中，用SnO2制成的气敏电阻有很 多优点，故应用最为广泛，其特点为：
1) 气敏元件的阻值随检测气体浓度按指数关系 变化，因此适宜测量低浓度的气体。
第十章 气、湿敏传感器
§10-1 半导体气敏传感器
一、概述
随着科学技术的发展，生产规模不断扩大，被人们所利用的 气体原料和在生活、工业上排放出的气体种类、数量都日益 增多。这些气体中，许多都是易燃、易爆(例如氢气、煤矿瓦 斯、天然气、液化石油气等)或者对于人体有毒害的(例如一氧 化碳、氟里昂、氨气等)。它们若泄漏到空气中就会污染环境， 影响生态平衡，并可能会产生爆炸、火灾及使人中毒等灾害 性事故。
为元件提供工作温度的加热器电阻称为加热电 阻RH；气敏元件正常工作时所需的功率称为加 热功率PH。这两项指标均越小越好。
四、测量电路
烧结型SnO2气敏元件基本测量电路如图10-10所示。
其中图10-10(a)，(b)为旁热式，图10-10(c)为直热 式，电路均由加热回路和测量回路两部分组成，现 以田10-10(a)为例说明。
(二)气敏传感器的材料
气敏电阻的材料不是通常的锗或硅，而是金属 氧化物，制作上也不是通过锗或硅掺入杂质形 成杂质半导体，而是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：
一、概述
i. N型——如氧化锡(SnO2)、氧化铁(Fe2O3)、氧 化锌(ZnO)，WO2等。
ii. P型——如氧化钴(CoO)、氧化铅(PbO)、氧化 铜(CuO)、NiO等。
四、测量电路
图10-10(a)中，UH为加热电压用 来给器件加热，Uc为测试回路电 压，供给测量回路能量，RL为负 载电阻兼作采样电阻。从测量回
二、SnO2气敏元件的工作原理
由实验和理论分析可知：
1) SnO2对不同气体具有不同的气敏效应。吸附还原性 气体时电导率升高，而吸附氧化性气体时其电导率 降低。这种阻值变化情况如图10-5所示。
二、SnO2气敏元件的工作原理
2) SnO2中添加物对气敏效应有明显的影响。表10-1列 出了不同添加物对SnO2气敏元件气敏效应的影响。
改变工作加热温度，其灵敏度曲线则没有多大变化。因此利用 这一特性可以检测H2。如果烧结温度为400oC，工作加热温度 为200oC，则对CO可进行选择性检测，如图10-6(b)所示。
三、SnO2气敏元件的结构和参数
(一)结构
SnO2气敏元件主要有烧结型、薄膜型、厚膜型三 种类型。烧结型SnO2气敏元件是目前工艺最成熟、 使用最广泛的气敏元件。
烧结型SnO2气敏器件是表面电阻控制型气敏器件。 制备器件的气敏材料是N型SnO2材料晶粒形成的多
孔质烧结体，其结合模型可用图10-1表示。在晶体 组成上，锡或氧往往偏离化学计量比，在晶体中如 果氧不足，将出现两种情况：一是产生氧空位；另 一种是产生金属间隙原子。
二、SnO2气敏元件的工作原理
根据晶粒接触面势垒模型和吸收效应模型分析，其 晶粒接触界面存在电子势垒，其接触部(或颈部)电阻 对器件电阻起支配作用。显然，这一电阻主要取决 于势垒高度和接触部形状，亦即主要受表面状态和 晶粒直径大小等的影响。
1) 直热式SnO2气敏元件。直热式元件又称内热式， 这种元件的结构示意图如图10-7所示。元件管芯
由三部分组成：SnO2基体材料，加热丝、测量丝， 它们都埋在SnO2基材内。工作时加热丝通电加热， 测量丝用于测量元件的阻值。
三、SnO2气敏元件的结构和参数
直热式SnO2气敏元件的优点是：制作工艺简单、 成本低、功耗小，可以在高回路电压下使用。
二、SnO2气敏元件的工作原理
如果被吸附气体的亲电性 低(即还原性气体)，如图 l0-4(b) 所 示 ， 被 吸 附 分 子
向空间电荷区域提供电子
而成为正离子吸附在半导
体表面，则空间电荷层宽 度 将 减 少 ( Δd)， 势 垒 高 度 降低(Δφ)，空间电荷层内 由于电子载流子密度增加，
使电荷层的电导率相应增
烧结型SnO2气敏元件是以多孔质陶瓷SnO2为基 材(粒度在1μm以下)，添加不同物质，采用传统 制陶方法，进行烧结。烧结时埋入测量电极和加 热丝，制成管芯，最后将电极和加热丝引线焊在 管座上。在元件工作时须加热到300℃左右，按 其加热方式可分为直热式和旁热式两种。
三、SnO2气敏元件的结构和参数
实际上，常将气敏元件阻值增量由零变化到稳定 值的63％所需的时间定义为响应时间trcs，恢复 时间trcc亦然。
三、SnO2气敏元件的结构和参数
5. 加热电阻RH和加热功率PH。
氧吸附在半导体表面时，吸附的氧分子从半导体 SnO2表面夺取电子，形成受主型表面能级，从而使 表面带负电，成为负离子吸附，即
1 2 O2 e O 式中：O — 吸附氧；
e —电子的电荷量
二、SnO2气敏元件的工作原理
由于氧吸附力很强，因 此，SnO2气敏器件在 空气中放置时，其表面 总是会有吸附氧的， 其吸附状态可以
为了确保安全，防患于未然，须对各种可燃性气体、有毒性 气体进行定量分析和检测。气敏元件就是能感知环境中某种 气体及其浓度的一种器件。气体传感器能将气体种类及其与 浓度有关的信号转换成电信号(电流或电压)。根据这些电信号 的强弱就可以获得与待测气体在环境中存在情况相同的有关 信息，从而可以进行检测、监控、报警。
二、SnO2气敏元件的工作原理
3) 烧结温度和加热温度对气敏特性有明显的影响。图 1 0 - 6 ( a)、(b) 分 别 为 烧 结 温 度 为 6 0 0 oC 和 4 0 0 oC 时 SnO2(添加ThO2)的气敏特性。
由图10-6(a)可以看出，工作加热温度在170~200oC范围内，H2 的灵敏度曲线(灵敏度用输出电压表示)呈抛物线状，而对CO，
小了环境气氛对元件加热温度影响，并保持了材料结
构的稳定性。所以，旁热式气敏元件稳定性和可靠性 比 直 热 式 有 所 改 进 。 目 前 国 产 QM—N5 型 和 日 本 TGS812、813型气敏元件均采用这种结构。
三、SnO2气敏元件的结构和参数
(二)主要性能参数
1. 固有电阻R0和工作电阻Rs R0表示气敏器件在正常空气条件下(或洁净空 气条件下)的阻值，又称正常电阻。Rs表示气 敏器件在一定浓度的检测气体中的阻值。
一、概述
气体检测方法很多，其中半导体气敏传感器具有使 用方便、费用低廉、性能稳定、灵敏度高、可把气 体浓度转换成电量输出等优点，故得到了广泛应用。 (一)半导体气敏传感器的分类 (1)半导体气敏传感器按其物理性质分为：
①表面型：利用半导体材料的表面吸附效应，根 据半导体表面电阻变化来检测各种气体的传感 器。
高浓度中曲线平缓，并趋于饱和。这表明烧结型 SnO2气敏元件在低浓度气体中的灵敏度高，器件电 阻变化明显，而在高浓度气体中元件的电阻趋于稳定。
因此，它适宜于检测低浓度微量气体，如检查可燃性 气体的泄漏、定限报警等。
三、SnO2气敏元件的结构和参数
3. 响应时间trcs 从器件接触一定浓度的被测气体开始到其阻值达 到该浓度下稳定阻值的时间，称为响应时间。它 代表气敏器件对检测气体的响应速度。
O H2 H2O e
减少了O-的密度，吸附的气体分子将向SnO2注入电子。 形成正离子吸附，电子势垒高度降低，如图10-2(b)所 示，从而器件阻值降低。
根据吸附气体产生能级模型分析，暴露于大气中的N 型氧化物半导体SnO2 。其表面总是吸附着一定量的 电子施主(如氢原子)或电子受主(氧原子)，由此能组成 与半导体内部进行电子交换的表面能级，并形成位于 表面附近的空间电荷层。该表面能级相对于半导体本 身费米能级的位置，取决于被吸附气体的亲电性。
是 O2、O、O2 等等， 均是负电荷吸附状态，
使接触晶界电子势垒高 度 升 高 ， 如 图 1 0 - 2 ( a)
电子势垒从虚线升至实 线 ， 使 SnO2 表 面 区 载 流子浓度下降，器件电 阻升高。
二、SnO2气敏元件的工作原理
当SnO2气敏器件接触还原性气体如H2、CO等时，被 测气体则同吸附氧发生反应，即
由于SnO2具有上述特点，因此是目前生产量最 大，应用范围最广泛的一种气体敏感元件。本 节以SnO2气敏元件为主做以介绍。
二、SnO2气敏元件的工作原理
目前采用很多种半导体材料制备出不同结构类型的 半导体气敏器件，其晶粒间界结构复杂，催化剂和 添加剂在多晶氧化物半导体中的分布情况也是非常 复杂的。又由于被测气体对象不同，因此其工作机 理也不同。对此进行完整统一的解释是比较困难的。
加。因此，通过改变气体
在半导体表面的浓度，空
间电荷区域的电导率就可 以得到调制。
二、SnO2气敏元件的工作原理
添加增感剂(如钯Pd) 可以起催化作用， 从而促进上述反应 过程，提高器件的 灵 敏 度 。 这 时 H2 在 Pd 表面 上分解 成氢 离子，然后与器件 表 面 的 氧 O- 发 生 吸 附反应。增感剂作 用如图10-3 (b)所示。
二、SnO2气敏元件的工作原理
如果亲电性高(即氧化 性气体)，产生的表面
能级将位于费米能级 上方，如图10-4(a)所
示，被吸附分子从空
间电荷吸取电子而成
为负离子吸附在半导
体表面，使空间电荷 层 宽 度 增 加 ( Δd)， 势 垒 高 度 增 加 ( Δφ ) ， 其
结果是空间电荷层内
由于电子载流子密度 降低(导电电子减少)， 电导率相应减少。
另外，为了使用方便，有时用取样电阻的输出电压 比或输出电压来表示灵敏度。
烧结型SnO2气敏元件对多种可燃气体和液体蒸气都有敏 感性，其灵敏度因气体和液体蒸气的不同而异。图10-9 为直热式和旁热式烧结型气敏元件的灵敏度特性曲线。
由图可知：不同气体在同一浓度下的灵敏度不同； 同一气体在低浓度时元件的输出特性曲线陡峭，而在
2. 灵敏度S
通常用气敏器件在一定浓度的检测气体中的阻 值Rs与正常空气中的阻值R0之比表示灵敏度， 即 S Rs R0
三、SnO2气敏元件的结构和参数
由于正常空气条件难以获得，所以，常用两种不同 浓度气体中器件电阻之比来表示灵敏度，即
S Rs (c2 ) Rs (c1)
式中：Rs (c1) — 在检测气体浓度为 c1的气体中的器件电阻； Rs (c1) — 在检测气体浓度为 c2的气体中的器件电阻。
②体型：利用半导体与气体间的相互作用，使半 导体内部晶格组成状态发生变化而导致电导率 变化的传感器。
一、概述
Hale Waihona Puke Baidu(2)半导体气敏传感器按转换形式分为：
①电阻式：气体接触半导体时，使其电阻值发 生变化的气敏传感器。
②非电阻式：当气体接触MOS场效应管或金属 -半导体结型二极管时，前者的阈值电压和后 者的整流特性(电容C-电压V特性)发生变化的 气敏传感器。
2) 旁热式SnO2气敏元件。这种元件结构示意图如图 10-8所示。其管芯增加了一个陶瓷管，在管内放
进高阻加热丝，管外涂梳状金电极作测量极，在 金电极外涂SnO2材料。
三、SnO2气敏元件的结构和参数
由于测量极与加热丝分开，加热丝不与气敏元件接触， 避免了回路之间的互相影响；加上元件热容量大，减
一、概述
2) SnO2的物理、化学性能稳定、寿命长、耐腐蚀。 3) SnO2对气体检测是可逆的，而且吸附、脱附时
间短，可连续长时间使用。
4) 元件结构简单，成本低，可靠性高，机械性能 好。
5) 被检测气体浓度可通过元件电阻的变化直接转 换为电信号，且灵敏度高，因此信号处理不用 放大器或不需高倍数放大电路就可实现。
直热式SnO2气敏元件的缺点是：热容量小，易 受环境气流的影响；测量回路与加热回路间没 有隔离，互相影响；加热丝在加热和不加热状 态的热胀冷缩，易造成接触不良。
国 产 QN 型 和 MQ 型 气 敏 元 件 ， 日 本 弗 加 罗 TGS”109型气敏元件均属于此类。
三、SnO2气敏元件的结构和参数
实验证明，在上述氧化物半导体材料中，掺入 适量的添加物作为催化剂，如钯(Pd)、铂(Pt)、 钛(Ti)、银(Ag)等，可提高对某些气体的选择性 和灵敏度。
在诸多半导体中，用SnO2制成的气敏电阻有很 多优点，故应用最为广泛，其特点为：
1) 气敏元件的阻值随检测气体浓度按指数关系 变化，因此适宜测量低浓度的气体。
第十章 气、湿敏传感器
§10-1 半导体气敏传感器
一、概述
随着科学技术的发展，生产规模不断扩大，被人们所利用的 气体原料和在生活、工业上排放出的气体种类、数量都日益 增多。这些气体中，许多都是易燃、易爆(例如氢气、煤矿瓦 斯、天然气、液化石油气等)或者对于人体有毒害的(例如一氧 化碳、氟里昂、氨气等)。它们若泄漏到空气中就会污染环境， 影响生态平衡，并可能会产生爆炸、火灾及使人中毒等灾害 性事故。
为元件提供工作温度的加热器电阻称为加热电 阻RH；气敏元件正常工作时所需的功率称为加 热功率PH。这两项指标均越小越好。
四、测量电路
烧结型SnO2气敏元件基本测量电路如图10-10所示。
其中图10-10(a)，(b)为旁热式，图10-10(c)为直热 式，电路均由加热回路和测量回路两部分组成，现 以田10-10(a)为例说明。
(二)气敏传感器的材料
气敏电阻的材料不是通常的锗或硅，而是金属 氧化物，制作上也不是通过锗或硅掺入杂质形 成杂质半导体，而是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：
一、概述
i. N型——如氧化锡(SnO2)、氧化铁(Fe2O3)、氧 化锌(ZnO)，WO2等。
ii. P型——如氧化钴(CoO)、氧化铅(PbO)、氧化 铜(CuO)、NiO等。
四、测量电路
图10-10(a)中，UH为加热电压用 来给器件加热，Uc为测试回路电 压，供给测量回路能量，RL为负 载电阻兼作采样电阻。从测量回
二、SnO2气敏元件的工作原理
由实验和理论分析可知：
1) SnO2对不同气体具有不同的气敏效应。吸附还原性 气体时电导率升高，而吸附氧化性气体时其电导率 降低。这种阻值变化情况如图10-5所示。
二、SnO2气敏元件的工作原理
2) SnO2中添加物对气敏效应有明显的影响。表10-1列 出了不同添加物对SnO2气敏元件气敏效应的影响。
改变工作加热温度，其灵敏度曲线则没有多大变化。因此利用 这一特性可以检测H2。如果烧结温度为400oC，工作加热温度 为200oC，则对CO可进行选择性检测，如图10-6(b)所示。
三、SnO2气敏元件的结构和参数
(一)结构
SnO2气敏元件主要有烧结型、薄膜型、厚膜型三 种类型。烧结型SnO2气敏元件是目前工艺最成熟、 使用最广泛的气敏元件。
烧结型SnO2气敏器件是表面电阻控制型气敏器件。 制备器件的气敏材料是N型SnO2材料晶粒形成的多
孔质烧结体，其结合模型可用图10-1表示。在晶体 组成上，锡或氧往往偏离化学计量比，在晶体中如 果氧不足，将出现两种情况：一是产生氧空位；另 一种是产生金属间隙原子。
二、SnO2气敏元件的工作原理
根据晶粒接触面势垒模型和吸收效应模型分析，其 晶粒接触界面存在电子势垒，其接触部(或颈部)电阻 对器件电阻起支配作用。显然，这一电阻主要取决 于势垒高度和接触部形状，亦即主要受表面状态和 晶粒直径大小等的影响。
1) 直热式SnO2气敏元件。直热式元件又称内热式， 这种元件的结构示意图如图10-7所示。元件管芯
由三部分组成：SnO2基体材料，加热丝、测量丝， 它们都埋在SnO2基材内。工作时加热丝通电加热， 测量丝用于测量元件的阻值。
三、SnO2气敏元件的结构和参数
直热式SnO2气敏元件的优点是：制作工艺简单、 成本低、功耗小，可以在高回路电压下使用。
二、SnO2气敏元件的工作原理
如果被吸附气体的亲电性 低(即还原性气体)，如图 l0-4(b) 所 示 ， 被 吸 附 分 子
向空间电荷区域提供电子
而成为正离子吸附在半导
体表面，则空间电荷层宽 度 将 减 少 ( Δd)， 势 垒 高 度 降低(Δφ)，空间电荷层内 由于电子载流子密度增加，
使电荷层的电导率相应增
烧结型SnO2气敏元件是以多孔质陶瓷SnO2为基 材(粒度在1μm以下)，添加不同物质，采用传统 制陶方法，进行烧结。烧结时埋入测量电极和加 热丝，制成管芯，最后将电极和加热丝引线焊在 管座上。在元件工作时须加热到300℃左右，按 其加热方式可分为直热式和旁热式两种。
三、SnO2气敏元件的结构和参数