半导体气敏元件的基本结构及特征课件.ppt

1、半导体气敏元件的基本结构及特性半导体气敏元件的基本结构及特性主要内容4-2-1 4-2-1 电阻型气敏元件的基本结构电阻型气敏元件的基本结构1.1.烧结型气敏元件烧结型气敏元件2.2.厚膜型气敏元件厚膜型气敏元件3.3.薄膜型气敏元件薄膜型气敏元件4.4.集成型气敏元件集成型气敏元件4-2-2 4-2-2 电阻型气敏元件的主要特性电阻型气敏元件的主要特性1.1.灵敏度灵敏度2.2.选择性选择性3.3.响应恢复时间响应恢复时间4.4.长期稳定性和寿命长期稳定性和寿命4-2-1 电阻型气敏元件的基本结构1.1.烧结型气敏元件烧结型气敏元件(1)(1)直热式元件直热式元件 优点：制备工艺简单、优点：

2、制备工艺简单、功耗小、成本低。功耗小、成本低。缺点：一致性差、受缺点：一致性差、受环境影响大、元件不环境影响大、元件不坚固。坚固。4-2-1 电阻型气敏元件的基本结构4-2-1 电阻型气敏元件的基本结构(2)(2)旁热式元件旁热式元件 由于加热丝不与气由于加热丝不与气敏材料接触，避免了敏材料接触，避免了测量回路与加热回路测量回路与加热回路之间的相互干扰。元之间的相互干扰。元件性能一致性有较大件性能一致性有较大提高，机械强度也大提高，机械强度也大为改善，成为目前商为改善，成为目前商品化元件的一种主要品化元件的一种主要结构类型。结构类型。4-2-1 电阻型气敏元件的基本结构摘要摘要:以溶胶以溶胶凝

3、胶法制备的凝胶法制备的SnOSnO2 2纳米材料为基体纳米材料为基体,采用采用CuOCuO和和WOWO3 3作为掺杂剂作为掺杂剂,研制出甲苯传感器研制出甲苯传感器.结果表明结果表明:CuO:CuO和和WOWO3 3的掺杂可的掺杂可以明显提高元件对甲苯的灵敏度以及元件的稳定性以明显提高元件对甲苯的灵敏度以及元件的稳定性.当工作温度当工作温度为为175,175,甲苯浓度在甲苯浓度在30301010-6-6体积分数时体积分数时,元件表现出元件表现出3 3倍的灵敏倍的灵敏度度.在为期在为期9090天的追踪实验中发现元件的灵敏度的变化小于天的追踪实验中发现元件的灵敏度的变化小于10%,10%,元件在甲苯

4、浓度为元件在甲苯浓度为1001001010-6-6时的响应恢复时间分别为时的响应恢复时间分别为5 s5 s和和12 s12 sSnOSnO2 2基甲苯传感器的研制基甲苯传感器的研制4-2-1 4-2-1 电阻型气敏元件的基本结构电阻型气敏元件的基本结构2.2.厚膜型气敏元件厚膜型气敏元件制备方法：蒸发、制备方法：蒸发、溅射、丝网印刷。溅射、丝网印刷。优点：一致性好优点：一致性好缺点：功耗大缺点：功耗大4-2-1 电阻型气敏元件的基本结构膜厚影响膜厚影响SnOSnO2 2厚膜型气敏元件敏感特性的研究厚膜型气敏元件敏感特性的研究摘要摘要:采用丝网印刷技术制备不同膜厚采用丝网印刷技术制备不同膜厚Sn

5、OSnO2 2厚膜气敏试样，在不厚膜气敏试样，在不同温度下进行热处理后测定了试样的阻温曲线和对乙醇气体的同温度下进行热处理后测定了试样的阻温曲线和对乙醇气体的灵敏度，结果表明制备不同膜厚试样的气体灵敏度不同，阻温灵敏度，结果表明制备不同膜厚试样的气体灵敏度不同，阻温曲线也不同曲线也不同.要制备灵敏度高、一致性好的气敏器件，调整控制要制备灵敏度高、一致性好的气敏器件，调整控制膜厚和及其热处理温度至关重要。膜厚和及其热处理温度至关重要。4-2-1 电阻型气敏元件的基本结构3.3.薄膜型气敏元件薄膜型气敏元件制备方法：蒸发、制备方法：蒸发、溅射。溅射。优点：器件制作优点：器件制作简单，适于大批简单，

6、适于大批量生产。量生产。缺点：掺杂改性缺点：掺杂改性困难。困难。4-2-1 电阻型气敏元件的基本结构采用粉末溅射的薄膜型气敏元件与测试特性采用粉末溅射的薄膜型气敏元件与测试特性摘要摘要:利用粉末溅射，研究了利用粉末溅射，研究了 SnOSnO2 2/CeO/CeO2 2微型平面薄膜。结果微型平面薄膜。结果表明：薄膜最佳掺杂范围表明：薄膜最佳掺杂范围(5%-20%)(5%-20%)、最佳灵敏度膜厚、最佳灵敏度膜厚(150 nm)(150 nm)、响应时间与恢复时间随膜厚变化遵循次方定律；制备出稳定性响应时间与恢复时间随膜厚变化遵循次方定律；制备出稳定性好的气敏元件，灵敏度好的气敏元件，灵敏度 S

7、S 为为 20-8020-80，对航空汽油气选择性，对航空汽油气选择性 SlSl为为 8-208-20，响应时间，响应时间s10 ss10 s，恢复时间，恢复时间c15 sc15 s。并对影响。并对影响灵敏度测试的条件，例如测试电压、湿度影响、反应温变等进灵敏度测试的条件，例如测试电压、湿度影响、反应温变等进行了分析。行了分析。4.4.集成型气敏元件集成型气敏元件4-2-1 电阻型气敏元件的基本结构4-2-1 电阻型气敏元件的基本结构新宇宙新宇宙臭氧检测仪臭氧检测仪 AET-030PAET-030P新宇宙新宇宙超高灵敏度可燃气体检漏仪超高灵敏度可燃气体检漏仪 XP-702IIZXP-702II

8、Z 便携式四气体探测器便携式四气体探测器BX616BX616型型可燃气体、可燃气体、O O2 2、H H2 2S S、CO CO 4-2-2 电阻型气敏元件的主要特性气敏元件置于不同浓度的被测气体中时，引起气敏元件阻值变化的幅度不同，相应的输出电压VL也不同，从而可以根据气敏元件阻值的变化推知被测气体浓度。G代表气敏元件，RL为测量回路中的取样电阻。Vh为施加在加热器两端的加热电压；VC为测量回路输入端的电压；VL为负载电阻上的输出电压。4-2-2 电阻型气敏元件的主要特性1.1.灵敏度灵敏度（1 1）灵敏度的电阻表示法）灵敏度的电阻表示法（2 2）灵敏度的电阻比表示法）灵敏度的电阻比表示法（

9、3 3）灵敏度的电压表示法）灵敏度的电压表示法0gSRR0gSRR（4-1）（4-2）0gSvVV（4-3）灵敏度是表征由于被测气体浓度变化而引起气敏元灵敏度是表征由于被测气体浓度变化而引起气敏元件阻值变化的程度。件阻值变化的程度。2.2.选择性选择性4-2-2 电阻型气敏元件的主要特性 若气敏元件只对被测的一种气体灵敏，而对性质相若气敏元件只对被测的一种气体灵敏，而对性质相近的其他气体不灵敏，这反应了其他气体对主测气体近的其他气体不灵敏，这反应了其他气体对主测气体不产生干扰。为表征这种干扰大小的程度，常用元件不产生干扰。为表征这种干扰大小的程度，常用元件的选择特性来表示。的选择特性来表示。1

10、2RR（4-34-3）4-2-2 电阻型气敏元件的主要特性 反应元件对待测气体的响应快慢以及元件脱离被测反应元件对待测气体的响应快慢以及元件脱离被测气体后恢复的快慢即为元件响应恢复特性。常用响应气体后恢复的快慢即为元件响应恢复特性。常用响应时间和恢复时间来表示。时间和恢复时间来表示。3.3.响应恢复时间响应恢复时间4-2-2 电阻型气敏元件的主要特性4.4.长期稳定性和寿命长期稳定性和寿命 气敏元件在连续工作过程中，由于受到周围环境气敏元件在连续工作过程中，由于受到周围环境气氛、温度及湿度等的影响，会使元件的气敏性能发气氛、温度及湿度等的影响，会使元件的气敏性能发生变化。稳定性好的元件受这些影响很小，各种气敏生变化。稳定性好的元件受这些影响很小，各种气敏特性的随时间变化很小。而稳定性差的灵敏度等参数特性的随时间变化很小。而稳定性差的灵敏度等参数受环境影响大，随时间的推移，灵敏度较快地衰减以受环境影响大，随时间的推移，灵敏度较快地衰减以致失效。致失效。知识点v电阻型气敏元件灵敏度的定义方法电阻型气敏元件灵敏度的定义方法v电阻型气敏元件选择性的含义电阻型气敏元件选择性的含义