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1、第1期(总第128期)机械工程与自动化No112005年2月MECHANICALENGINEERING&AUTOMATIONFeb1文章编号:167226413(2005)0120105203半导体气敏元件吴义炳(福建农林大学机电学院,福建 福州 350002)摘要:首先介绍半导体气敏元件的工作原理,然后从制备工艺、基材现状、测量方法三方面进行了综述。关键词:半导体;气敏元件;制备工艺中图分类号:TN304192 文献标识码:A0 引言使电阻下降。随着纳米技术的发展,与该项技术相结合的半导空气中的氧成分大体上是恒定的,因而氧的吸附体气敏器件由于具有灵敏
2、度高、响应时间和恢复时间量也是恒定的,气敏器件的阻值大致保持不变。如果短、使用寿命长及成本低等优点,被广泛应用于检测被测气体流入这种气氛中,器件表面将产生吸附作用,各种有害气体、可燃气体、工业废气和环境污染气体。器件的阻值将随气体浓度而变化,从浓度与阻值的变气敏元件是检测环境气氛中某种(或某类)气体化关系即可得知被测气体的浓度。存在及其含量的基础。气敏元件性能与敏感材料的种2 半导体超微粒粉体制备方法类、结构及制作工艺密切相关。本文首先简单介绍半半导体超微粒粉体制备的方法有很多,主要分为导体气敏传感器的工作原理,然后着重从制备工艺、基气相、液相、固相三类。
3、各种基材的制备方法类似,由材现状、测量方法三方面进行综合性论述。于SnO2是最早使用也是目前使用最广泛的一种气敏1 半导体气敏元件的工作原理材料,现就以SnO2为例讲述其主要的制备方法。半导体气敏传感器是利用待测气体与半导体(主211 从气体中合成超微粒SnO2方法要是金属氧化物)表面接触时产生的电导率等物性的从气体中合成超微粒SnO2的方法主要有溅射变化来检测气体。半导体气敏器件被加热到稳定状态法、蒸镀法、化学气相沉积法,并可由此法直接制作下,当气体接触器件表面而被吸附时,吸附分子首先成薄膜型气敏元件。在表面自由地扩散(物理吸附),失去其运动能量,其溅射
4、法是采用高纯金属锡靶作阴极,在Ar与O2间的一部分分子蒸发,残留分子产生热分解而固定在混合气体中溅射,在Sn被溅射到沉积在基片上的过吸附处(化学吸附)。这时,如果器件的功函数小于吸程中,气氛中的O2将其氧化成SnO2。控制适当的氧气附分子的电子亲和力,则吸附分子将从器件夺取电子浓度、溅射电流及溅射速度等参数,可获得微细SnO2而变成负离子吸附。具有负离子吸附倾向的气体有O2粉体,经热处理后,可制成NO及H2传感器。和NO2,称为氧化性气体或电子接收性气体。如果器蒸镀法是在高温条件下直接蒸发SnO2,或在氧气件的功函数大于吸附分子的离解能,吸附分子将向器氛中
5、蒸镀金属锡,控制适当的工艺参数可获得90nm件释放电子,而成为正离子吸附。具有这种正离子吸左右的SnO2超微细粉体,经气氛与掺杂处理可制作附倾向的气体有H2、CO、碳氢化合物和酒类等,称为成乙醇传感器。还原性气体或电子供给性气体。化学气相沉积法是以反应物源气体分子(SnCl4当氧化性气体吸附到N型半导体上,还原性气体与O2)在气相中发生化学反应而生成超微粒SnO2材吸附到P型半导体上时,将使载流子减少,而使电阻料的过程,通过调节反应物源流量比、衬底条件、反增大;相反,当还原性气体吸附到N型半导体上,氧应室温度等工艺参数来控制生成粒子的结构状态,通化性气体吸
6、附到P型半导体上时,将使载流子增多,过掺杂提高微粒纯度。收稿日期:2004209210作者简介:吴义炳(19742),男,福建南平人,助教,本科。·106·机械工程与自动化 2005年第1期 PECVD法是采用高频电场激发反应物源分子成SnO2粉体具有粒子分布均匀、成粉纯度高、粒径尺寸等离子状态,在较低温度发生气相化学反应。等离子小、活性大的特点;②可形成批量生产,有利于降低体是一种电离气体,即活化的原子、分子和电子集合成本;③设备工艺简单,易于过程控制。而固相合成体,整体来说是电中性的。把等离子体应用于化学气制备均匀超细SnO
7、2粉体还有待于开发。相淀积中,在室温或稍高温度下,在高频电场作用下,3 半导体气敏器件的基材及其研究进展低压气体放电产生等离子体,活化的反应物质发生化311SnO2基气敏材料学反应,生成SnO2沉积下来,通过控制反应条件,可SnO2基气敏传感器因其具有良好的稳定性、能在制得非晶态超细SnO2粒子,粒子平均粒径在011Lm较低的工作温度下工作、检验气体种类较多等优点而以下。由于其比表面积大,具有高的表面能,质量均成为众多科学工作者研究的重点。在所有的金属氧化匀,因此制作的元件具有一致性好、响应快等特点,可物类气敏传感器中,对SnO2进行的研究是最广泛、最制成
8、H2气敏元件。深入和最有成效的。人们已经采用溶胶-凝胶法、射212
