第九章-半导体传感器.ppt

第九章半导体传感器9.1气敏传感器直热式SnO2气敏元件半导体气敏传感器一般由敏感元件、加热器、外壳三部分组成。加热器的作用是将附着在敏感元件表面上的尘埃、油雾等烧掉，加速气体的吸附，从而提高器件的灵敏度和响应速度。加热器的温度一般控制在200~400℃左右。四、气敏传感器的应用3.3色敏传感器色敏传感器实际上是光电传感器的一种特殊类型。它是两只结深不同的的光电二极管组合体。**一、概述气敏元件是以化学物质的成份为检测参数的化学敏感元件，用来检测气体类别、浓度和成分。工作原理：利用待测气体与半导体表面接触时，产生的电导率等物理性质变化来检测气体的。分类：按半导体与气体相互作用时产生变化的深度：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，使半导体的电导率发生变化，但内部化学组成不变；）体控制型（半导体与气体反应，使半导体内部组成发生变化，而使电导率变化。）按半导体变化的物理特性：电阻型（敏感材料接触气体时，其阻值变化。）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。）二、半导体气敏传感器的机理工作机理：气体在半导体表面的氧化和还原反应导致敏感元件阻值变化。氧化型气体：当半导体的功函数小于吸附分子的亲和力(气体的吸附和渗透特性)时，吸附分子将从器件夺得电子而变成负离子吸附，半导体表面呈现电荷层。（氧气）还原型气体：当半导体的功函数大于吸附分子的离解能，吸附分子将向器件释放出电子，而形成正离子吸附。(H2、CO、碳氢化合物和醇类)当氧化型气体吸附到N型半导体上，还原型气体吸附到P型半导体上时，将使半导体载流子减少，而使电阻值增大。当还原型气体吸附到N型半导体上，氧化型气体吸附到P型半导体上时，则载流子增多，使半导体电阻值下降。（1）烧结型气敏器件以SnO2半导体材料为基体，将铂电极和加热丝埋入SnO2材料中，用加热、加压、温度为700~900℃的制陶工艺烧结成形，被称为半导体陶瓷，简称半导瓷。三、半导体气敏传感器类型及结构1、电阻型半导体气敏传感器特点：制作方法简单，器件寿命长；但由于烧结不充分，器件机械强度不高，电极材料较贵重，电性能一致性较差，因此应用受到一定限制。用途：烧结型SnO2气敏元件主要用于检测可燃的还原性气体，其工作温度约300℃。根据加热方式，分为直接加热式和旁热式两种。由芯片(敏感体和加热器)，基座和金属防爆网罩三部分组成。结构：加热丝、测量丝直接埋入SnO2或ZnO等粉末中烧结而成。工作过程：加热丝通电，测量丝用于测量器件阻值。特点：制造工艺简单、成本低、功耗小，可在高电压回路下使用。热容量小，易受环境气流的影响，测量回路和加热回路间没有隔离而相互影响。直热式气敏器件结构及符号1234SnO2烧结体加热极兼电极(a)结构4321(b)符号测量丝旁热式SnO2气敏元件加热器电阻值一般为30Ω～40Ω电极加热器瓷绝缘管旁热式气敏器件结构及符号SnO2烧结体123456（a）结构（b）符号结构：将加热丝放置在一个陶瓷管内，管外涂梳状金电极作测量极，在金电极外涂上SnO2等材料。特点：测量极和加热极分离，加热丝不与气敏材料接触，避免了测量回路和加热回路的相互影响，器件热容量大，降低了环境温度对器件加热温度的影响，稳定性、可靠性都较直热式器件好。（2）薄膜型器件采用蒸发或溅射工艺，在石英基片上形成氧化物半导体薄膜（其厚度约在100nm以下），制作方法很简单。实验证明，SnO2半导体薄膜的气敏特性最好，但这种半导体薄膜为物理性附着，因此器件间性能差异较大。（3）厚膜型器件将氧化物半导体材料与硅凝胶混合制成能印刷的厚膜胶，再把厚膜胶印刷到装有电极的绝缘基片上，经烧结制成。这种工艺制成的元件机械强度高，离散度小，适合大批量生产。如生活环境中一氧化碳浓度达0.8～1.15ml/L时，就会出现呼吸急促，脉搏加快，甚至晕厥。还有易燃、易爆气体、酒精等的探测。????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????燃气报警器烟雾报警器????????????????????????????????????????????????????????????????????????