第章半导体传感器 图92(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SnO材料中,用加热、加压、温度为700900℃ 的制陶工艺烧结成形。因此,被称为半导体陶瓷,简称半导瓷。半导 瓷内的晶粒直径为1m左右,晶粒的大小对电阻有一定影响,但对气体 检测灵敏度则无很大的影响。 特点:制作方法简单,器件寿命长; 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。 电极(铂丝) 氧化物半导体 加热器 玻璃(尺寸约1mm,也有 半导体的) (a)烧结型气敏器件
第9章 半导体传感器 9.1.3 1. 电阻型半导体气敏传感器 0.6 mm 半 导 体 0.5 mm 电 极 加 热 器 电 极 绝 缘 基 片 (a) 电 极 (铂 丝 ) 氧 化 物 半 导 体 加 热 器 玻 璃 (尺 寸 约 1 mm， 也 有 全 为 半 导 体 的 ) 3 mm (b) 3 mm (a) 图9-2(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。半导 瓷内的晶粒直径为1μm左右，晶粒的大小对电阻有一定影响，但对气体 检测灵敏度则无很大的影响。 特点：制作方法简单，器件寿命长； 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
第章半导体传感器 图9-2()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100mm以下),制作方 法也很简单。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,因此器件间性能差异较大。 半导体 0.5mm电极 0.6m 绝缘基片 加热器电极 3 mm (b)薄膜型器件;
第9章 半导体传感器 图9-2(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 法也很简单。 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，因此器件间性能差异较大。 0.6 mm 半 导 体 0.5 mm 电 极 加 热 器 电 极 绝 缘 基 片 (a) 电 极 (铂 丝 ) 氧 化 物 半 导 体 加 热 器 玻 璃 (尺 寸 约 1 mm， 也 有 全 为 半 导 体 的 ) 3 mm (b) 3 mm (b) 薄膜型器件；
第章半导体传感器A 图9-2(c)为厚膜型器件。这种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,再把厚膜胶印刷到装有电极的绝缘 基片上,经烧结制成的。由于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,它的作用是将附着在敏感元件表面 上的尘埃、油雾等烧掉,加速气体的吸附,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200400℃左右。 0.5 氧化物半导体 (单位:mm) Pt电极 氧化铝基片 器件加热用的加热器(印制 厚膜电阻) (c)厚膜型器件
第9章 半导体传感器 图9-2(c)为厚膜型器件。这种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，再把厚膜胶印刷到装有电极的绝缘 基片上，经烧结制成的。由于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，它的作用是将附着在敏感元件表面 上的尘埃、油雾等烧掉，加速气体的吸附，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。 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 ) (c) 厚膜型器件
第章半导体传感器 加热方式:一般有直热式和旁热式两种→形成了直热式 和旁热式气敏元件 直热式气敏器件的结构及符号如图9-3所示。直热式器件是将加热 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。这类器件制造工艺简单、成本低、功耗 小,可以在高电压回路下使用,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。国产QN型和日本费加罗 TGS#109型气敏传感器均属此类结构。 SnO2烧结体∠3 IrP哈金丝 (加热器兼电极) 24 (a)图93直热式气敏器件的结构及符号(b) (a)结构;(b)符号
第9章 半导体传感器 加热方式：一般有直热式和旁热式两种→形成了直热式 和旁热式气敏元件。 直热式气敏器件的结构及符号如图9-3所示。直热式器件是将加热 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。 这类器件制造工艺简单、成本低、功耗 小，可以在高电压回路下使用， 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。国产QN型和日本费加罗 TGS＃109型气敏传感器均属此类结构。 1 2 3 4 SnO2 烧 结 体 Ir—Pd合 金 丝 (加 热 器 兼 电 极 ) 1 3 2 4 2 4 1 3 (a) (b) 图 9-3 直热式气敏器件的结构及符号 (a) 结构；(b) 符号
浸第?章寻体传威器 旁热式气敏器件的结构及符号(图94), 特点: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。旁热式结构的气敏传感器克服了直热式结构的缺点 使测量极和加热极分离,而且加热丝不与气敏材料接触,避免了测量回路和 加热回路的相互影响,器件热容量大,降低了环境温度对器件加热温度的影 响,所以这类结构器件的稳定性、可靠性都较直热式器件好,国产QMN5 型和日本费加罗TGS#812、813型等气敏传感器都采用这种结构 引线 引线电极 加热丝 测量 电极 电极 绝缘瓷管SnO2烧结体 加热丝6 加热丝 图94旁热式气敏器件的结构及符号 (a)旁热式结构;(b)符号
第9章 半导体传感器 旁热式气敏器件的结构及符号（图9-4 ）， 特点：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。旁热式结构的气敏传感器克服了直热式结构的缺点， 使测量极和加热极分离， 而且加热丝不与气敏材料接触，避免了测量回路和 加热回路的相互影响，器件热容量大，降低了环境温度对器件加热温度的影 响，所以这类结构器件的稳定性、 可靠性都较直热式器件好，国产QM-N5 型和日本费加罗TGS＃812、813型等气敏传感器都采用这种结构。 加 热 丝 测 量 电 极 加 热 丝 加 热 丝 引 线 电 极 引 线 电 极 绝 缘 瓷 管 SnO2 烧 结 体 (a) (b) 图 9-4 旁热式气敏器件的结构及符号 (a) 旁热式结构； (b) 符号