新型检测课件2-气敏专用课件.ppt

三、半导体气敏传感器 (2)检测原理 第二章 §3 电测法气体测量传感器 对SnO2或ZnO等n型半导体元件加热稳定后,当 有气体吸附时, 吸附分子首先在表面自由扩散,失 去功能,其间一部分分子蒸发,一部分分子固定在 吸附处. ? 能级生成理论 1.电阻输出型气敏传感器 被测气体吸附在半导体氧化物表面时,其电阻率 发生变化, 人们在不断深入地研究其机理,目前从 不同角度有很多种解释, 其中,能级生成理论较能 被人们所接受. ? 对于氧化型气体(分子) 元件材料的功函数小于吸附分子的电子亲和力, 则吸附分子将从元件中夺取电子而以负离子吸附. 使元件的载流子减少,电阻率增加→R↑. ? 对于不同气体有两种情况 三、半导体气敏传感器 (2)检测原理 第二章 §3 电测法气体测量传感器 1.电阻输出型气敏传感器 2 5 0 4 50 100 R(KΩ) t(min) 大气中 吸气时 元件 加热 稳定 状态 氧化型(O,NO等) ? 对于不同气体有两种情况 三、半导体气敏传感器 (2)检测原理 第二章 §3 电测法气体测量传感器 ? 对于还原型气体(分子) 元件材料的功函数大于吸附分子的电子亲和力, 则吸附分子将把电子给予元件,以正离子吸附. 使元件的载流子增加,电阻率下降→R↓. 1.电阻输出型气敏传感器 2 5 0 4 50 100 R(KΩ) t(min) 大气中 吸气时 元件 加热 稳定 状态 氧化型(O,NO等) 还原型(H,CO等) 电阻型气敏元件的灵敏度 一般用电阻比相对灵敏度R/R0 表示. 4 10 0.6 2 1 4 10 20 40 60 100 102 20 0.4 0.2 0.1 空气中 CH4 CO H2 气体浓度/（mg/kg) 元件电阻比R/R0 第二章 §3 电测法气体测量传感器 三、半导体气敏传感器 (2)检测原理 1.电阻输出型气敏传感器 同一传感器通过制做工艺、 添加剂等不同, 则对不同气体 有不同的灵敏度. (如SnO2气敏传感器,电阻 与被测气体浓度的关系). 被测气体浓度与元件输出关 系. SnO2电阻值随被测浓度 呈指数规律变化.适于微量低 浓度气体测量. 由曲线看出,被测气体与其它 气体有明显区别. 制做时,改变 添加物、烧结温度, 改变工作 加热温度等. (3)电阻型半导体气敏传感器主要特性 第二章 §3 电测法气体测量传感器 三、半导体气敏传感器 ? 选择性 ? 气体浓度特性 1.电阻输出型气敏传感器 4 10 0.6 2 1 4 10 20 40 60 100 102 20 0.4 0.2 0.1 空气中 CH4 CO H2 气体浓度/（mg/kg) 元件电阻比R/R0 一般要通电2-10分钟.SnO2响应速度快,90%响应时间 一般为几秒,吸附和脱附时间都较短,可长时间使用. SnO2与接触燃烧型等其它器件比,寿命长,稳定性好. 第二章 §3 电测法气体测量传感器 三、半导体气敏传感器 ? 初始稳定时间 ? 物理化学稳定性好 ? 器件结构简单,成本低,可靠性高, 信号易于处理,电路简单. (3)电阻型半导体气敏传感器主要特性 1.电阻输出型气敏传感器 非电阻型气敏器件是利用基于MOS二极管的 电容-电压特性(C-V特性)、及MOS场效应晶体管(MOSFET)的阈值电压等物理特性制做的半导体 气敏元件. 2.非电阻型气敏传感器 第二章 §3 电测法气体测量传感器 三、半导体气敏传感器 非电阻型气敏器件采用成熟的集成工艺,其 重复性和稳定性大为改善,性能价格比得以提高,使器件的集成化和智能化成为可能. ? 典型产品： MOS二极管气敏元件 Pd-MOSFET气敏传感器(元件) 在P型半导体硅Si片上, 制做 一层SiO2,在其上蒸发一层钯Pd 薄膜作为栅电极.SiO2层电容C0 是固定的,Si- SiO2界面电容CS是 外加电压的函数,则总电容C为外 加电压V函数. SiO2 P-Si o o Pd 2.非电阻型气敏传感器 (1)MOS二极管气敏元件(M-金属,O-氧化物,S-半导体) o o C0 CS 第二章 §3 电测法气体测量传感器 三、半导体气敏传感器 ? 结构 V C 元件电容C是外加电压的函数. 当H2吸附在钯膜时,使钯的功函 数降低落,( ,单位电压V 下电子q减少→C↓),元件的C-V 特性偏移,则可通过C-V特性的 变化测H2的浓度. 这类气敏元件还有：Pd-TiO2,Pd-ZnO, Au-TiO2 主要是针对氢气的检测,故又称氢敏器件. V C 第二章 §3 电测法