第10章 气、湿敏传感器ppt课件.ppt

《第10章 气、湿敏传感器ppt课件.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、第10章气、湿敏传感器湿敏传感器1.2第10章气、湿敏传感器半导体气敏传感器9.19.2第一节半导体气敏传感器气敏传感器是用来测量气体的类别、浓度和成分的传感器。由于气体种类繁多，性质各不相同，不可能靠一种传感器检测所有类别的气体，因此，其种类很多。如：工业天然气、煤气等易燃易爆的安全监测；环境保护，有害、有毒气体监测；酒后驾车，乙醇浓度检测。汽车尾气分析酒精检测一氧化碳传感器可燃性气体传感器外形按构成气敏传感器材料可分为半导体和非半导体两大类。目前实际使出最多的是半导体气敏传感器。半导体气敏传感器按照半导体与气体的相互作用是在其表面，还是深入到半导体内部，可

2、分为表面控制型和体控制型两类。表面控制型：半导体表面吸附的气体与半导体间发生电子接受（相互作用），使半导体的电导率等物理性质发生变化，但内部化学组成不变；体控制型：半导体与气体的反应，使半导体内部组成发生变化，而使电导率变化。按照半导体变化的物理性质，又可分为电阻型和非电阻型两种。电阻型：利用半导体接触气体时，按其阻值的改变程度来检测气体的成分或浓度。非电阻型：利用其它参数，如二极管伏安特性和场效应、晶体管的阈值电压变化来检测被测气体的。一、表面电阻控制型半导体气敏材料的导电机理利用气体在半导体表面的氧化还原反应导致敏感元件阻值变化而制成的。当半导体器件被加热

3、到稳定状态，气体接触半导体表面被吸附，被吸附的分子首先在表面物性自由扩散，失去运动能量，一部分分子被蒸发掉，另一部分残留分子产生热分解而固定在吸附处（化学吸附）。当半导体的功函数小于吸附分子的亲和力时，吸附分子将从半导体器件夺得电子而变成负离子吸附。氧气等具有负离子吸附倾向的气体被称为氧化型气体或电子接收性气体。如果半导体的功函数大于吸附分子的离解能，吸附分子将向半导体器件释放出电子，而形成正离子吸附。具有正离子吸附倾向的气体有H2、CO、碳氢化合物和醇类，它们被称为还原型气体或电子供给性气体。功函数(workfunction)：是指要使一粒电子立即从固体表面

4、中逸出，所必须提供的最小能量（通常以电子伏特为单位）。这里“立即”一词表示最终电子位置从原子尺度上远离表面但从微观尺度上依然靠近固体。功函数是金属的重要属性。功函数的大小通常大概是金属自由原子电离能的二分之一。当氧化型（电子接收性）气体吸附到N型半导体（SnO2,ZnO)上，还原型（电子供给性）气体吸附到P型半导体(CrO3)上时，将使半导体载流子减少，而使电阻值增大。当还原型（电子供给性）气体吸附到N型半导体（SnO2,ZnO)上，氧化型（电子接收性）气体吸附到P型半导体(CrO3)上时，则载流子增多，使半导体电阻值下降。N型半导体吸附气体时器件阻值变化图规

5、则总结：氧化型气体＋N型半导体：载流子数下降，电阻增加；还原型气体＋N型半导体：载流子数增加，电阻减小;氧化型气体＋P型半导体：载流子数增加，电阻减小;还原型气体＋P型半导体：载流子数下降，电阻增加。二、表面电阻控制型半导体气敏传感器的结构烧结型气敏器件薄膜型气敏器件厚膜型气敏器件其中烧结型气敏元件是目前工艺最成熟，应用最广泛的元件。烧结型气敏器件的制作是将一定比例的敏感材料（SnO2、ZnO等）和一些掺杂剂（Pt、Pb等）用水或粘合剂调合，经研磨后使其均匀混合，然后将混合好的膏状物倒入模具，埋入加热丝和测量电极，经传统的制陶方法烧结。最后将加热丝和电极焊在管

6、座上，加上特制外壳就构成器件。1.烧结型气敏器件2.薄膜型气敏器件制作采用蒸发或溅射的方法，在处理好的石英基片上形成一薄层金属氧化物薄膜（如SnO2、ZnO等），再引出电极。实验证明：SnO2和ZnO薄膜的气敏特性较好。优点：灵敏度高、响应迅速、机械强度高、互换性好、产量高、成本低等。厚膜型气敏器件是将SnO2和ZnO等材料与3％～15％重量的硅凝胶混合制成能印刷的厚膜胶，把厚膜胶用丝网印制到装有铂电极的氧化铝基片上，在400～800℃高温下烧结1～2小时制成。优点：一致性好，机械强度高，适于批量生产。3.厚膜型气敏器件加热器的作用是将附着在敏感元件表面上的尘

7、埃、油雾等烧掉，加速气体的吸附，提高其灵敏度和响应速度。加热器的温度一般断收200~400℃左右。加热方式一般有直热式和旁热式两种，因而形成了直热式和旁热式气敏元件。直热式气敏器件直热式器件管芯体积很小，加热丝直接埋在金属氧化物半导体材料内，兼作一个测量板。缺点：热容量小，易受环境气流的影响测量电路与加热电路之间相互干扰，影响其测量参数加热丝在加热与不加热两种情况下产生的膨胀与冷缩，容易造成器件接触不良旁热式气敏器件旁热式气敏器件是把高阻加热丝放置在陶瓷绝缘管内，在管外涂上梳状金电极，再在金电极外涂上气敏半导体材料。克服了直热式结构的缺点，器件的稳定性得到提高

8、。1.简易家用气体报警采用直热式气敏传