第章半导体传感器 912半导体气敏传感器的机理 制作机理: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。 当半导体器件被加热到稳定状态,在气体接触半导体表面而被 吸附时→被吸附的分子首先在表面物性自由扩散→失去运动能量, 部分分子被蒸发掉,另一部分残图分子产生热分解而固定在吸附处 (化学吸附)→ 当半导体的功函数小于吸附分子的亲和力气体的吸附和渗透特 性)时→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 呈现电荷层。例如氧气等具有负离子级附倾向的气体被称为 氧化型气体或电子接收性气体。 如果半导体的功函数大于吸附分子的离解能,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
第9章 半导体传感器 9.1.2 半导体气敏传感器的机理 制作机理：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。 当半导体器件被加热到稳定状态，在气体接触半导体表面而被 吸附时→被吸附的分子首先在表面物性自由扩散→失去运动能量，一 部分分子被蒸发掉，另一部分残留分子产生热分解而固定在吸附处 （化学吸附）→ 当半导体的功函数小于吸附分子的亲和力(气体的吸附和渗透特 性)时→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。 如果半导体的功函数大于吸附分子的离解能，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
第章半导体传感器 当氧化型气体级附到N型半导体上,还原型气 体吸附珋型半导体时→将使半导体载流子减少 使电阻值增大。当还原型气体吸所到N型半导体上 氧化型气体吸所型半导体上的→则载流子增多 使半导体电阻值下降
第9章 半导体传感器 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→ 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
第章半导体传感器 图9-1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。由于空气中的含 器件电阻⑨k 响应时间约1min以内 氧量大体上是恒定的,因 此氧的吸附量也是恒定的, 稳定状 氧化型 器件加热 太 器件阻值也相对固定。若气 体浓度发生变化,其阻值也 50 将变化。根据这一特性,可 以从阻值的变化得知吸附气 5 还原型 体的种类和浓度。半导体气 2 min 4 min 加热开 敏时间(响应时间)一般不超 吸气时 大气中 过1min。N型材料有SnO2 ZnO、TO等,P型材料有 图9-1N型半导体吸附气 MoO2、CrO3等。 体时器件阻值变化图
第9章 半导体传感器 图 9-1 N型半导体吸附气 体时器件阻值变化图 100 5 50 加 热 开 关 大 气 中 2 min 4 min 吸 气 时 还 原 型 稳 定 状 氧 化 型 器 件 加 热 态 响 应 时 间 约 1 min以 内 器 件 电 阻 / k 图9-1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。由于空气中的含 氧量大体上是恒定的， 因 此氧的吸附量也是恒定的， 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。半导体气 敏时间(响应时间)一般不超 过1min。N型材料有SnO2、 ZnO、TiO等，P型材料有 MoO2、CrO3等
第章半导体传感器 913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 组成:敏感元件、加热器、外壳。 分类:烧结型、薄膜型、厚膜型器件。 半导体 0.5mm电极 电极(铂丝) 氧化物半导体 0.6mm 绝缘基片 加热器 加热器电极 3 mm 玻璃(尺寸约1mm,也有 半导体的) (b) 图92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
第9章 半导体传感器 9.1.3 1. 电阻型半导体气敏传感器 组成：敏感元件、加热器、外壳。 分类：烧结型、薄膜型、厚膜型器件。 图9-2 (a) 烧结型气敏器件； (b) 薄膜型器件； (c) 厚膜型器件
第章半导体传感器 0.5 氧化物半导体 (单位:mm) Pt电极 22∠氧化铝基片 7 器件加热用的加热器(印制 厚膜电阻) C 图92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
第9章 半导体传感器 3 3 0.5 (单 位 : mm) 7 (c) 氧 化 铝 基 片 P t电 极 氧 化 物 半 导 体 器 件 加 热 用 的 加 热 器 (印 制 厚 膜 电 阻 ) 图9-2 (a) 烧结型气敏器件； (b) 薄膜型器件； (c) 厚膜型器件