第9章半导体传感器 9,1气敏传感器 92湿敏传感器 93色敏传感器 94半导体式传感器的应用 返回主目录
9.1 气敏传感器 9.2 湿敏传感器 9.3 色敏传感器 9.4 半导体式传感器的应用 第9章 半导体传感器 返回主目录
第9章半导体传感器 91气敏传感器 用半导体气敏元件组成的气敏传感器主要用于工业上天 然气、煤气、石油化工等部门的易燃、易爆、有毒、有害气 体的监测、预报和自动控制,气敏元件是以化学物质的成分 为检测参数的化学敏感元件。 气敏电阻的工作原理 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、氧化镍等。为了提高某种气敏元件 对某些气体成分的选择性和灵敏度,合成材料有时还渗入了 催化剂,如钯(Pd)、铂(Pt)、银(Ag)等
第9 章 半导体传感器 9.1 气 敏 传 感 器 用半导体气敏元件组成的气敏传感器主要用于工业上天 然气、煤气、石油化工等部门的易燃、易爆、有毒、有害气 体的监测、预报和自动控制, 气敏元件是以化学物质的成分 为检测参数的化学敏感元件。 一、 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、氧化镍等。为了提高某种气敏元件 对某些气体成分的选择性和灵敏度, 合成材料有时还渗入了 催化剂, 如钯（Pd）、铂（Pt）、银（Ag）等
金属氧化物在常温下是绝缘的,制成半导体后却显示气 敏特性。通常器件工作在空气中,空气中的氧和NO2这样的 电子兼容性大的气体,接受来自半导体材料的电子而吸附负 电荷,结果使N型半导体材料的表面空间电荷层区域的传导电 子减少,使表面电导减小,从而使器件处于高阻状态。一旦元 件与被测还原性气体接触,就会与吸附的氧起反应,将被氧束 缚的电子释放出来,敏感膜表面电导增加,使元件电阻减小。 该类气敏元件通常工作在高温状态(200-450℃),目的 是为了加速上述的氧化还原反应
金属氧化物在常温下是绝缘的, 制成半导体后却显示气 敏特性。通常器件工作在空气中, 空气中的氧和NO2 这样的 电子兼容性大的气体, 接受来自半导体材料的电子而吸附负 电荷, 结果使N型半导体材料的表面空间电荷层区域的传导电 子减少, 使表面电导减小, 从而使器件处于高阻状态。一旦元 件与被测还原性气体接触, 就会与吸附的氧起反应, 将被氧束 缚的电子释放出来, 敏感膜表面电导增加, 使元件电阻减小。 该类气敏元件通常工作在高温状态（200~450℃）, 目的 是为了加速上述的氧化还原反应
例如,用氧化锡制成的气敏元件,在常温下吸附某种气 体后,其电导率变化不大,若保持这种气体浓度不变,该器件 的电导率随器件本身温度的升高而增加,尤其在100~300℃ 范围内电导率变化很大。显然,半导体电导率的增加是由于 多数载流子浓度增加的结果 氧化锡、氧化锌材料气敏元件输出电压与温度的关系 如图9-1(b)所示 由上述分析可以看出,气敏元件工作时需要本身的温度 比环境温度高很多。因此,气敏元件结构上,有电阻丝加热, 结构如图9-2所示,1和2是加热电极,3和4是气敏电阻的一对 电极
例如, 用氧化锡制成的气敏元件, 在常温下吸附某种气 体后, 其电导率变化不大, 若保持这种气体浓度不变, 该器件 的电导率随器件本身温度的升高而增加, 尤其在100~300℃ 范围内电导率变化很大。显然, 半导体电导率的增加是由于 多数载流子浓度增加的结果。 氧化锡、 氧化锌材料气敏元件输出电压与温度的关系 如图9 - 1（b）所示。 由上述分析可以看出, 气敏元件工作时需要本身的温度 比环境温度高很多。因此, 气敏元件结构上, 有电阻丝加热, 结构如图9 - 2所示, 1和2是加热电极, 3和4是气敏电阻的一对 电极
600 Sno 400 Zno E 彐 辑 200 R U 100 300 500 700 温度/℃ (b) 图9-1输出电压与温度的关系