半導(dǎo)體氣體傳感器工作原理及結(jié)構(gòu)特征

氣體傳感器主要有半導(dǎo)體式、接觸燃燒方式、化學(xué)反應(yīng)式、光干涉式、熱傳導(dǎo)式、紅外線吸收散式等。而這當(dāng)中以半導(dǎo)體氣體傳感器應(yīng)用更為廣泛。

半導(dǎo)體氣體傳感器由氣敏部分、加熱絲以及防爆網(wǎng)等構(gòu)成，它是在氣敏部分的SnO2、Fe2O2、ZnO2等金屬氧化物中添加Pt、Pd等敏化劑的傳感器。傳感器的選擇性由添加敏化劑的多少進(jìn)行控制，例如，對(duì)于ZnO2系列傳感器，若添加Pt，則傳感器對(duì)丙烷與異丁烷有較高的靈敏度；若添加Pd，則對(duì)CO與H2比較敏感。

氣體傳感器以陶瓷管為框架，外覆一層敏感膜的材料，利用膜兩端的鍍金引腳進(jìn)行測(cè)量。敏感膜的材料最常用的有金屬氧化物、高分子聚合物材料和膠體敏感膜等。它的兩個(gè)關(guān)鍵部分是加熱電阻和氣體敏感膜。金電極連接氣敏材料的兩端，使其等效為一個(gè)阻值隨外部待測(cè)氣體濃度變化的電阻。由于金屬氧化物有很高的熱穩(wěn)定性，而且這種傳感器僅在半導(dǎo)體表面層產(chǎn)生可逆氧化還原反應(yīng)，半導(dǎo)體內(nèi)部化學(xué)結(jié)構(gòu)不變，因此，長(zhǎng)期使用也可獲得較高的穩(wěn)定性。原理簡(jiǎn)介如下：金屬氧化物一旦加熱，空氣中的氧就會(huì)從金屬氧化物半導(dǎo)體結(jié)晶粒子的施主能級(jí)中奪走電子，而在結(jié)晶表面上吸附負(fù)電子，使表面電位增高，從而阻礙導(dǎo)電電子的移動(dòng)，所以，氣體傳感器在空氣中為恒定的電阻值。這時(shí)還原性氣體與半導(dǎo)體表面吸附的氧發(fā)生氧化反應(yīng)，由于氣體分子的離吸作用使其表面電位高低發(fā)生變化，因此，傳感器的電阻值要發(fā)生變化。對(duì)于還原性氣體，電阻值減??；對(duì)于氧化性氣體，則電阻值增大。這樣，根據(jù)電阻值的變化就能檢測(cè)氣體的濃度。