第12章半导体传感器 12,1气敏传感器 122湿敏传感器 返回主目录
12.1 气敏传感器 12.2 湿敏传感器 第12章 半导体传感器 返回主目录
第12章半导体传感器 它是利用某些材料的电特性的物性变化来实 现信息的直接变换的。半导体材料导电能力的大 小,是由半导体内载流子的数目决定的。 以半导体为敏感材料,在各种物理量的作 用下引起半导体材料内载流子浓度或分布的变 化,通过检测这些物理特性的变化,就可反映 被测参数值
第12章 半导体传感器 它是利用某些材料的电特性的物性变化来实 现信息的直接变换的。半导体材料导电能力的大 小，是由半导体内载流子的数目决定的。 以半导体为敏感材料，在各种物理量的作 用下引起半导体材料内载流子浓度或分布的变 化，通过检测这些物理特性的变化，就可反映 被测参数值
第一节气敏传感器 定义:是利用半导体气敏元件同气体接触,造成半 导体性质变化,借此来检测特定气体的成分或者测 量其浓度的传感器的总称。检测气体中的特定成分 (CO、CO2、甲醛、酒精、氧气、氢气等),将其 变换成电信号输出 应用场合:一般用于易燃、易爆、有毒、有害气体 的检测和报警 基本要求:1、对被测气体有高的灵敏度。 2、气体选择性好。 3、能够长期稳定工作。 4、响应速度快
定义：是利用半导体气敏元件同气体接触，造成半 导体性质变化，借此来检测特定气体的成分或者测 量其浓度的传感器的总称。检测气体中的特定成分 （CO、CO2、甲醛、酒精、氧气、氢气等），将其 变换成电信号输出。 应用场合：一般用于易燃、易爆、有毒、有害气体 的检测和报警。 基本要求：1、对被测气体有高的灵敏度。 2、气体选择性好。 3、能够长期稳定工作。 4、响应速度快。 第一节 气敏 传感器
气敏电阻的工作原理 气敏电阻的材料是金属氧化物,在合成材料时 通过化学计量比的偏离和杂质缺陷制成,金属氧化 物半导体分N型半导体,如氧化锡、氧化铁、氧化 锌、氧化钨等P型半导体,如氧化钴、氧化铅、氧 化铜、氧化镍等。为了提高某种气敏元件对某些 气体成分的选择性和灵敏度,合成材料有时还渗入 了催化剂,如钯(Pd)、铂(Pt)、银(Ag)等 金属氧化物在常温下是绝缘的,制成半导体后 却显示气敏特性,其导电率随气体的吸附而发生 改变
一、 气敏电阻的材料是金属氧化物, 在合成材料时, 通过化学计量比的偏离和杂质缺陷制成, 金属氧化 物半导体分N型半导体, 如氧化锡、氧化铁、氧化 锌、氧化钨等,P型半导体, 如氧化钴、 氧化铅、氧 化铜、氧化镍等。为了提高某种气敏元件对某些 气体成分的选择性和灵敏度, 合成材料有时还渗入 了催化剂, 如钯（Pd）、铂（Pt）、银（Ag）等。 金属氧化物在常温下是绝缘的, 制成半导体后 却显示气敏特性，其导电率随气体的吸附而发生 改变
通常器件工作在空气中,空气中的氧和NO2这样的 电子兼容性大的气体,接受来自半导体材料的电子 而吸附负电荷,结果使N型半导体材料的表面空间 电荷层区域的传导电子减少,使表面电导减小,从 而使器件处于高阻状态。一旦元件与被测还原性 气体接触,就会与吸附的氧起反应,将被氧束缚的 电子释放出来,敏感膜表面电导增加,使元件电阻 减小。 该类气敏元件通常工作在高温状态 200~450℃),目的是为了加速上述的氧化还原 反应
通常器件工作在空气中, 空气中的氧和NO2 这样的 电子兼容性大的气体, 接受来自半导体材料的电子 而吸附负电荷, 结果使N型半导体材料的表面空间 电荷层区域的传导电子减少, 使表面电导减小, 从 而使器件处于高阻状态。一旦元件与被测还原性 气体接触, 就会与吸附的氧起反应, 将被氧束缚的 电子释放出来, 敏感膜表面电导增加, 使元件电阻 减小。 该类气敏元件通常工作在高温状态 （200~450℃）, 目的是为了加速上述的氧化还原 反应
例如,用氧化锡制成的气敏元件,在常温下吸附 某种气体后,其电导率变化不大,若保持这种气体浓 度不变,该器件的电导率随器件本身温度的升高而 增加,尤其在100~300℃范围内电导率变化很大。显 然,半导体电导率的增加是由于多数载流子浓度增 加的结果
例如, 用氧化锡制成的气敏元件, 在常温下吸附 某种气体后, 其电导率变化不大, 若保持这种气体浓 度不变, 该器件的电导率随器件本身温度的升高而 增加, 尤其在100~300℃范围内电导率变化很大。显 然, 半导体电导率的增加是由于多数载流子浓度增 加的结果
氧化锡、氧化锌材料气∞ Sno 敏元件输出电压与温度 的关系如图所示。气敏 Zno 元件工作时需要本身的2 温度比环境温度高很多。 100 300 500 温度/℃ 气敏元件输出电压与温度的关系
氧化锡、 氧化锌材料气 敏元件输出电压与温度 的关系如图所示。气敏 元件工作时需要本身的 温度比环境温度高很多。 气敏元件输出电压与温度的关系
因此,气敏元件结构上,有 电阻丝加热,结构如图所示,1 和2是加热电极,3和4是气敏 电阻的一对电极。 士E R EH为加热电源,EC为测量电源 气敏元件的基本测量电路 电阻中气敏电阻值的变化引起电路中电流的变化, 输出电压(信号电压)由电阻R上取出。因此,常用 来检査可燃性气体泄漏并报警等
因此, 气敏元件结构上, 有 电阻丝加热, 结构如图所示, 1 和2是加热电极, 3和4是气敏 电阻的一对电极。 气敏元件的基本测量电路 电阻中气敏电阻值的变化引起电路中电流的变化, 输出电压（信号电压）由电阻Ro上取出。 因此, 常用 来检查可燃性气体泄漏并报警等。 EH为加热电源, EC为测量电源
电阻型气敏器件 气敏电阻元件种类很多,按制造工艺上分烧结型 薄膜型、厚膜型 (1)烧结型 将元件的电极和加热器均埋在金属氧化物 气敏材料中,经加热成型后低温烧结而成。目 前最常用的是氧化锡(SnO2)烧结型气敏元件 它的加热温度较低,一般在200~300℃,SnO2气敏 半导体对许多可燃性气体,如氢、一氧化碳 甲烷、丙烷、乙醇等都有较高的灵敏度
二、 电阻型气敏器件 气敏电阻元件种类很多, 按制造工艺上分烧结型、 薄膜型、厚膜型。 （1） 烧结型 将元件的电极和加热器均埋在金属氧化物 气敏材料中, 经加热成型后低温烧结而成。 目 前最常用的是氧化锡（SnO2）烧结型气敏元件, 它的加热温度较低, 一般在200~300℃, SnO2气敏 半导体对许多可燃性气体, 如氢、 一氧化碳、 甲烷、丙烷、乙醇等都有较高的灵敏度
内热式气敏器件结构 旁热式气敏器件结构
内热式气敏器件结构 旁热式气敏器件结构