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1、2005年第4期 煤 矿 机 械 ·3·文章编号:100320794(2005)0420003203气敏传感器的研究现状与发展趋势11112贾良菊,应鹏展,许林敏,倪自丰,王雅晴(11中国矿业大学材料科学与工程学院,江苏徐州221008;21浙江师范大学,杭州310000)摘要:传感器技术是现代检测和自动化技术的重要基础之一,它已深入到人类生活的各个领域。随着微电脑和微电子技术的日益普及和应用,对传感器的性能、数量及用途提出了新的需求,这就使人们更加重视对新型传感器的开发。重点介绍气敏传感器的研究现状与发展趋势
2、。关键词:气敏传感器;SnO2;MEMS;纳米科技中图号:TP212文献标识码:A1前言料之中。例如,半导体材料和新工艺的进展,促进了目前,矿井中常用的瓦斯传感器可分为热导式半导体传感器的迅速发展,研制和生产出一批新型和热效式两大类。热导式瓦斯传感器是利用瓦斯与半导体传感器;压电半导体材料促进了压电集成传空气的导热系数不同而测量瓦斯浓度的。热效式瓦感器的形成;高分子压电薄膜的出现,将使机器人的斯传感器(又称热催化式瓦斯传感器),其工作原理触觉系统更加接近人的皮肤功能。是利用可燃气体在催化剂的作用下进行无焰燃烧,3 气敏传感器产生热量,使元件电阻因温度升高而发生变化,测知
3、气体传感器是指将被测气体浓度转换为与其成瓦斯的浓度。一定关系的电量输出的装置或器件。被测气体的种2 传感器的发展方向类繁多,它们的性质也各不相同。所以不可能用一随着微电脑和微电子技术的日益普及和应用,种方法来检测各种气体,其分析方法也随气体的种对传感器的性能、数量及用途提出了新的需求,这就类、浓度、成分和用途而异。使人们更加重视对新型传感器的开发。传感器的发气敏元件性能与敏感功能材料的种类、结构及展,主要有以下几个方面的动向:制作工艺密切相关。用金属氧化敏感材料制作的半(1)努力实现传感器新特性导体式气敏元件具有灵敏度高,结构简单,体小质由于自动化生产程度的不断提高,必
4、须研制出轻,坚固耐用等优点而得到广泛的应用,目前仍以一批具有检测范围宽、高灵敏度、高精度、响应速度SnO2材料为主。快及互换性好的新型传感器,以确保自动化生产检SnO2是一种广普型的气敏材料,围绕SnO2为基测和控制的准确性。体材料的气敏材料的制备及其气敏元件制备的研究(2)确保传感器的可靠性,延长其使用寿命课题十分活跃。SnO2粉体的粒径大小,颗粒的形确保传感器工作可靠性的意义是很直观的,因状、均匀性、稳定性都直接影响着制成的气敏器件的为它直接关系到电子设备的抗干扰和误动作问题。灵敏度、功耗、响应恢复特性及稳定性等重要参数。传感器的可靠性主要体现在具有较长的使用寿命,
5、如粉体颗粒越小,则粉体的单位比表面积越大,活性能在恶劣环境下工作及具有失效保险功能等。越高,由此制成元件灵敏度就越高,功耗就越低,响(3)提高传感器集成化及功能化的程度应恢复时间越短。为此,近年来采用纳米技术制成传感器集成化是实现传感器小型化、智能化和超微细SnO2粉体。超微细SnO2粉体方法很多,报多功能的重要保证。现在已能将敏感元件、温度补道较多的是用低温等离子体法,测射法,沉淀法,水偿电路、信号放大电路、电压调制电路和基准电压等热法,溶胶-凝胶法,化学气相沉积法等。近年来最单元电路集成在同一芯片上。有潜力的方法是溶胶-凝胶法。利用溶胶-凝胶法(4)传感器微型化合成
6、SnO2超微粒子主要以有机金属化合物为起始微机电系统(又称MEMS)是一种轮廓尺寸在毫材料或以大批量有机试剂来制备SnO2,但有机金属米量级,组成元件尺寸在微米量级的可运动的微型试剂较昂贵,给大量制备带来困难。因而通常是以机电装置。MEMS技术借助集成电路的制造技术来廉价的SnCl4为起始原料,加入少量溶胶形成助剂,制造机械装置,可制造出微型齿轮、微型电机、泵、阀促进其溶胶形式。溶胶-凝胶法制备出粉体材料具门、各种光学镜片及各种悬臂梁等,而它们的尺寸仅有粒子分布均匀,纯度高,比表面积大,活性好,烧结有30～100μm。温度低等优点。(5)新型功能材料的开发纯SnO2的气
7、敏特性不甚好,尤其是它的热稳定传感器技术的发展是与新材料的研究开发密切性不高。为改善其气敏特性,常在SnO2基体中掺入结合在一起的,可以说,各种新型传感器孕育在新材贵金属或其他金属氧化物。经研究表明,掺入氧化 气敏传感器的研究现状与发展趋势———贾良菊·4·,等 2005年第4期 铁有利于改善SnO2的气敏特性,而且能降低成本。性;Quaranta等报道5%Os掺杂可提高对CH4敏感用此材料制备的气敏器件具有体积小,灵敏度高,响性,降低了最佳工作温度;Chaudharf等报道Ru、Pd、应快,稳定性好的特点
