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下面我们介绍一种重要的传感器

叫电阻式

金属氧化物半导体传感器

它的敏感机理为

许多金属氧化物半导体材料

是多晶材料

在晶粒连接处

形成许多晶粒间界

表面吸附气体后

半导体元件的电阻值

会发生变化

常见的氧化物半导体元件有

氧化锡材料

氧化锌和氧化钨等

这类传感器分为两种情况

一种是气体的分子亲和能

大于半导体表面电子的逸出功

那么这个时候

气体是从表面得取电子

而形成负离子吸附

比如像氧气 氧化氮等

这样的话有会使n型表面多子

如电子

它的浓度减少

电阻就会增加

p型表面多子的空穴浓度

就会增加

电阻呢就会减小

第二种情况就是气体分子的

亲和能小于半导体表面

电子逸出功

这个时候就会形成

正离子吸附

比如氢 一氧化碳

以及各种碳氢化合物

根据半导体与被测气体的

相互作用

主要是局限于表面

还是涉及到内部

我们也可以讲传感器

分为表面控制型和体控制型

那么体控制型就是

传感器与被测气体接触后

气敏材料的晶体结构发生变化

使电阻发生变化

比如三氧化二铁制成的传感器

那么表面控制型就是指

传感器与被测气体接触以后

利用表面电导发生的变化

进行检测

这个主要包括氧化锡

和氧化锌等材料的传感器

此类气体传感器

具有检测灵敏度高

响应速度快等优点

多数是以可燃性的气体

为检测对象

以氧化锌系列的传感器为例

那么氧化锌系列的传感器

主要用于检测可燃的还原性气体

如甲烷 乙醇 氢气 一氧化碳等

下面的图是我们氧化锌

气体传感器的一个结构图

那么它包括一个加热器

基片 叉指电极和氧化锌薄膜

那么这个基片加热

是给我们这个传感器

提供一个工作温度

很多气体只有在一定的

工作温度下

才能起作用

叉指电极是我们获取

这个氧化锌薄膜电阻

变化情况的一个电极

它的测试原理

氧化锌中的锌离子

能够吸附大气中的氧分子

氧会夺取电子使电阻值上升

若我们接触到是

还原性气体的话

那么在催化剂的作用下

与氧反应

也使阻值下降

而这里我们提到了催化剂

那么目前可以使用的催化剂

有两种

第一种就是用铂催化

Z 乙醇 丙烷这样的气体来说

用铂的催化灵敏度较高

而对氢气和一氧化碳来说

它们的灵敏度会较低

用铂催化的情况下

那么对氢气和一氧化碳的

灵敏度会提高

那么对乙醇 丙烷的灵敏度

会降低

从刚才的介绍当中

我们可以看到

催化剂的使用可以提高选择性

相同参数的催化剂

对不同气体的催化作用

有显著的不同

从而提高了

气敏传感器的选择性

以氧化锌气敏传感器为例

含钯量比如1.5%的时候

它对的传感器对一氧化碳的

灵敏度比对甲烷的灵敏度低得多

含钯量较低的时候

比如在0.2%的钯的传感器

对一氧化碳的灵敏度比甲烷的

灵敏度要提高

下面我们介绍一下

氧化物半导体气体传感器

氧化锡它是常用于检测可燃的

还原性气体

工作温度约是300多

按照加热方式可分为直热式

和旁热式

按照制备方式可分为

厚膜型和薄膜型

厚膜型氧化锡传感器

如图所示

它也包括我们的基底

加热板 电极

还有氧化硅的隔离层

以及氧化锡的敏感材料

那么氧化锡的敏感材料

一般用丝网印刷技术进行制作

它是将浆料通过干燥烧制等

过程制备而成

实际上

我们除了厚膜型以外

还可以有

用薄膜工艺进行制作

那么薄膜材料的制备工艺

与集成电路工艺兼容

薄膜型氧化锡传感器

如图所示

它也是包括加热器敏感膜

电极 绝缘基板等

是与我们的厚膜元件相类似

那么基板可以采用硼硅玻璃

石英玻璃或者是微晶玻璃

也可以用硅片

这个薄膜的制备一般可以通过

真空 蒸发 溅射 低压化学

气相淀积 等离子增强化学

气相淀积等

薄膜型氧化锡的工作温度

较低

比如是只有250度

那么它有很大的比表面积

和很高的活性

气敏特性好

而且催化中的中毒现象

不是很明显

长期稳定性和气体识别能力

都比较好

还有个特点

它就是说薄膜型材料

它比厚膜传感器的响应时间

要短得多

其他的氧化物半导体

还有氧化钨系列

氧化硅系列

和三氧化二铁系列

这些传感器

都可以针对不同的气体

进行检测

如果大家有兴趣的话

可以去进行进一步的阅读

下面我们对电阻式金属氧化物

半导体传感器的特性

进行一个小节

那么半导体金属氧化物传感器

气体传感器适用范围广

可以有效应用于多种气体的检测

可以广泛应用于

空气质量检测

食品质量评定

和生产过程控制等等

它的优点就是响应速度快

使用简便

工艺成熟 成本较低

可以适用于广大民用气体

检测的需求

当然它也有一定的缺点

比如它大多数是光谱性的

敏感材料

灵敏度不是很高

选择性也比较差

那么提高选择性的方法

可以进行掺杂 改性或者敏化