电阻型半导体气体传感器的概况

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1、第32卷第4期《陶瓷学报》Vol.32,No.42011年12月JOURNALOFCERAMICSDec.2011文章编号：1000-2278（2011）04-0602-08电阻型半导体气体传感器的概况112王红勤杨修春蒋丹宇（1.同济大学材料科学与工程学院，上海200092；2.中国科学院上海硅酸盐研究所，上海200050）摘要本文主要综述了两种类型的半导体电阻型气体传感器，表面控制型气体传感器和体控制型气体传感器，主要讲述了这两类氧传感器的原理，结构特性，制备，应用。综合了国内外研究概况，展望了以后的研究动向。关键词氧传感器；电

2、阻型半导体气体传感器；表面控制型；体控制型中图分类号：TQ174.75文献标识码：A1962年半导体金属氧化物陶瓷气体传感器问世以来，半导体气体传感器由于具有灵敏度高、响应时间0引言快等优点，其产品发展非常迅速，目前已成为世界上产量最大、应用最广的传感器之一。半导体气体传感传感技术是当今世界发展最为迅速的高新技术器，是利用半导体气体传感器同被测气体接触，产生之一，从70年代末以来，由于电子计算机技术的高速半导体特性（如电阻等电学性质）变化原理，来检测气发展，以及对智能机器人的需要，世界各国普遍重视体成分或测量气体浓度的传感器的统称。

3、半导体式气[1]了传感器的研究开发工作。日本是最早研究传感器体传感器大体上可以分为电阻型和非电阻型两种。电的国家，也是研究传感器技术比较成熟的一个国家，阻型大多数用氧化锡、氧化锌等金属氧化物半导体材相比较而言，我国这项技术起步较晚，技术稍显落后。料制作气体传感器，非电阻型有金属/半导体结型二随着科技水平的发展，气体检测在地震预报、矿井安极管和MOS-FET等。本文主要概述关于电阻型气体全、石油勘探、医疗卫生、污染源检测、化工过程控制、传感器的结构原理，制备方法，性能特点及其优缺点冶金等传统工业乃至现在所有的新技术革命带头学和以后的研

4、究方向。科如生物科学、微电子学、新型材料等领域均有着越半导体气体传感器按结构分类，有烧结型、厚膜[2]来越广泛的应用。随着人们生活水平的提高及社会型、薄膜型；按功能分类，有单功能型、多功能型；按检发展的需要，对气体传感器的要求也越来越高，需要测方式分类，有表面控制型、体控制型气体传感器。表检测的气体种类也越来越多，由原来的还原性气体面控制型气体传感器指半导体同被检测气体的相互(H2、C4H10、CH4等)扩展到毒性气体（CO、NO2、H2S、作用主要限于半导体表面，体控制型气体传感器指其NO、NH3、PH4等）以及与食品有关的气体（

5、鱼品新鲜相互作用涉及半导体内部。本文按第三种分类进行综述。度的三甲胺、醋酸乙酯等），为了满足这些要求，气体传感器一定要具有较高的灵敏度和选择性，重复性和1表面控制型气体传感器稳定性要好，要能大批量生产，并且性价比一定要高，这样才能在气体传感器商品化的道路上迈出很大的一步。目前检测气体的方法和手段已经非常多，主要1.1表面控制型气体传感器的结构及工作原理包括电化学法、气象色谱法、导热法、红外吸收法、接表面控制型气体传感器可分为非加热式（自加热触燃烧法、半导体气体传感器检测法、光纤法[3-9],自从式）、直热式、旁热式、烧结型气体传感器

6、、厚膜型气体收稿日期：2011-09-21通讯联系人：王红勤，E-mail:txz.0@163.com《陶瓷学报》2011年第4期603[10]传感器及薄膜型气体传感器等。目前已商品化的有的电子向位于低能级的吸附粒子转移，结果，吸附粒SnO2，ZnO等。这里简述其结构、原理和制造工艺。子获负电，这叫做负电荷吸附，能带也发生弯曲，向上1.1.1表面控制型气体传感器的结构弯曲。反之，当A

7、氧化物浆料从气体向半导体侧移动，吸附粒子因失去电子带正涂布在贵金属电极周围使之成型，然后通电流加热或电，成正电荷吸附，能带向与负电荷吸附相反的方向在低温下烧结。制作方法简单，但选定烧结温度很重弯曲，即向下弯曲。正是由于半导体表面和气体之间要。若烧结温度过低，则元件的机械强度不好；若烧结的正负吸附的发生，才引起气体传感器中气敏材料的温度过高且升温速度快，则元件的性能不好。（b）是薄电导率变化，对于N型半导体表面，气体进行正电荷膜型元件，其制作方法是将金属氧化物及电极蒸发或吸附时，因气体向导带放出电子，半导体的导电电子喷射到绝缘基片上使

8、之成膜。制备虽然简单，但元件数增加，引起电导率增加。反之，负电荷吸附时，半导之间的特性差异很大。（c）是厚膜型元件，利用丝网印体的导电电子数减少，电导率下降。这种变化只发生刷工艺将含氧化物半导体的浆料印刷到绝缘基片上在表面空间电荷区内