第12章 气敏、湿敏传感器 电子信息及电气工程系
第12章 气敏、湿敏传感器 电子信息及电气工程系
12-1半导体气敏传感器 概述 1、被测量:气体的类别、成分、浓度 气电转换 2、分类: 体型表面型 电阻型 非电阻型 、SnO2的工一 作原理 表面型电阻型 snO2的金红石结构
2、分类： 体型、表面型 电阻型、 非电阻型 二、 SnO2的工 作原理 表面型/电阻型 12-1 半导体气敏传感器 一、概述 1、被测量：气体的类别、成分、浓度 气-电转换 SnO2的金红石结构
材相信京:多孔材在品 学计量,造成氧不足(产 生氧空位和锡原子间隙) R[才R。,在靠近禁带的地方形成 施主能级,其上的电子很 RU R晶粒等效电阻 容易激发到导带。 R、R对元件电阻起 R晶粒表面电阻 支配作用,受表面状态与 R晶粒颈部电阻 晶粒大小的影响
材料特点：多孔材料在晶 体组织上使锡或氧偏离化 学计量，造成氧不足（产 生氧空位和锡原子间隙） ，在靠近禁带的地方形成 施主能级，其上的电子很 容易激发到导带。 RS 、RU 对元件电阻起 支配作用，受表面状态与 晶粒大小的影响。 Rb RS RU Rb晶粒等效电阻 RS晶粒表面电阻 RU晶粒颈部电阻
平时SnO2在空气中放置,氧吸附在其表面形成 吸附氧,从半导体表面获得电子,形成受主型表面 能级,呈负电荷吸附状态,形成电子势垒。 o+ne->n 气体 2 当接触还原性气体时,被测气体同吸附氧发生 反应,减少了吸附氧的密度,降低的电子势垒,使 R减少。添加催化剂可促进上述反应。 H,O Pa 0
平时SnO2在空气中放置，氧吸附在其表面形成 吸附氧，从半导体表面获得电子，形成受主型表面 能级，呈负电荷吸附状态，形成电子势垒。 气体 吸附 R增加 当接触还原性气体时，被测气体同吸附氧发生 反应，减少了吸附氧的密度，降低的电子势垒，使 R减少。添加催化剂可促进上述反应。 O2 + ne ⎯→n − 2 1
三、Sno2的结构及相关参数 1、SnO半导体气敏效应受以下因素影响 1)Sno的结构组成(氧空位多气敏效应明 显 2)SnO的添加物 3)烧结温度和元件工作时的加热温度。 2、烧结型SnO2半导体气敏元件 1)分类:Sno2气敏元件类型:烧结型、薄 膜 型、厚膜型 2)主要用途: 检测还原性气体、可燃性气体、液体蒸汽 ,工作时需加热到300度左右
二、 SnO2的结构及相关参数 1、SnO2半导体气敏效应受以下因素影响： 1）SnO2的结构组成（氧空位多气敏效应明 显）； 2）SnO2的添加物； 3）烧结温度和元件工作时的加热温度。 2、 烧结型SnO2半导体气敏元件 1）分类：SnO2气敏元件类型：烧结型、薄 膜 型、厚膜型； 2）主要用途： 检测还原性气体、可燃性气体、液体蒸汽 ，工作时需加热到300度左右
半导体0.5mm电极 电极(铂丝) 氧化物半导体 0.6mm 绝缘基片 加热器电极 加热器 m 玻璃(尺寸约1mm, 也有全为半导体的) 烧结型 薄膜型 氧化物半导体 Pt电极 3(单位m 氧化物基片 器件加热用的加热器 (印制厚膜电阻) 厚膜型
厚膜型 烧结型 薄膜型
0 20 30 40 图8-6SnO2气敏电阻温湿特性 10 10 C,Hi 8 8 o cO 6 C3H 眠 C?He 2 C4H10 C3Ha CH H CH 0 200040006000 添加钯 200040006000 气体浓度(ppm) 添加锦。气体放度(m) (a)ZnO添加Pd的灵敏度特性 (b)ZnO添加Pt的灵敏度特性
添加钯 添加铂
添加氧化钍(Tho) 2060ppm M22009m 2510ppm 0.7 10 2790ppm 频率特性 0.6 RM N票 3210ppm 0 振幅特性 2 0 06090120150 2000 2500 3000 时间(s) co浓度(ppm) 豆对CQ浓精测
添加氧化钍（ThO2） 可对CO浓度进行精确测量
3)结构 直热式Sno气敏元件 制作工艺简单、成本低、功耗小,可在高回路 电压下使用,可制成价格低廉的可燃气体泄漏报警 器(国内的QN、MQ型)。 4 1 snO2烧结体 Ir-Pd合金丝 (加热器兼电极) 2 4 2 4 b)
3）结构 直热式SnO2气敏元件 制作工艺简单、成本低、功耗小，可在高回路 电压下使用，可制成价格低廉的可燃气体泄漏报警 器（国内的QN、MQ型）
旁热式Sno2气敏元件: 加热丝与测量极分开,避免了回路间的相互影 响,增加了材料结构的稳定性、可靠性(型号有 QM-N5)。 绝缘瓷管 2 引线 13 60000 20 4 Sno 烧结体 50 电极 46 加热器
旁热式SnO2气敏元件： 加热丝与测量极分开，避免了回路间的相互影 响，增加了材料结构的稳定性、可靠性（型号有 QM-N5）