氣敏傳感器結(jié)構(gòu)

1、氣敏傳感器及應(yīng)用技術(shù) Air-sensitive sensor and its application technolegy,1. 氣敏傳感器基本結(jié)構(gòu),氣敏傳感器結(jié)構(gòu),2. 半導(dǎo)體型氣敏傳感器結(jié)構(gòu),3. 接觸燃燒型氣敏傳感器結(jié)構(gòu),4. 電化學(xué)氣敏傳感器結(jié)構(gòu),一、氣敏傳感器基本結(jié)構(gòu),圖1氣敏傳感器外觀結(jié)構(gòu),圖2氣敏傳感器電路符號(hào),二、半導(dǎo)體型氣敏傳感器結(jié)構(gòu),1.電阻型半導(dǎo)體氣敏傳感器燒結(jié)型,工藝：以多孔質(zhì)陶瓷如Sn02為基材，添加不同物質(zhì)采用低溫(700-900)進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)時(shí)埋入鉑電極和加熱絲，最后將電極和加熱絲引線焊在管座上制成元件。,用途：檢測(cè)還原性氣體、可燃性氣體和液體蒸氣；,缺點(diǎn)：由

2、于燒結(jié)不充分，器件的機(jī)械強(qiáng)度較差，且所用電極材料較貴重，電特性誤差較大。,二、半導(dǎo)體型氣敏傳感器結(jié)構(gòu),（1）燒結(jié)型直熱式,工藝：將加熱絲、測(cè)量絲直接埋入Sn02或Zn0等粉末中燒結(jié)而成的。,原理：工作時(shí)加熱絲通電，測(cè)量絲用于測(cè)量器件阻值。,特點(diǎn)：制造工藝簡(jiǎn)單、成本低、功耗小，可以在高電壓回路下使用。,缺點(diǎn)：熱容量小，易受環(huán)境氣流的影響，測(cè)量回路和加熱回路間沒有隔離而相互影響。,二、半導(dǎo)體型氣敏傳感器結(jié)構(gòu),。,（2）燒結(jié)型旁熱式,工藝：將加熱絲放置在一個(gè)陶瓷管內(nèi)，管外涂梳狀金屬電極作測(cè)量極，在金屬電極外涂上Sn02等材料。,原理：克服了直熱式結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)，使測(cè)量極和加熱極分離，而且加熱絲不與氣敏材

3、料接觸，避免了測(cè)量回路和加熱回路的相互影響。,特點(diǎn)：器件熱容量大，降低了環(huán)境溫度對(duì)器件加熱溫度的影響，所以這類結(jié)構(gòu)器件的穩(wěn)定性、可靠性都較直熱式器件有所提高。,二、半導(dǎo)體型氣敏傳感器結(jié)構(gòu),2.電阻型半導(dǎo)體氣敏傳感器薄膜型,工藝：用蒸發(fā)或?yàn)R射方法，在石英或陶瓷基片上形成金屬氧化物薄膜（厚度在100 nm以下）。,特點(diǎn)：敏感膜顆粒很小，因此具有很高的靈敏度和響應(yīng)速度；低功耗、小型化，以及與集成電路制造技術(shù)兼容，是一種很有前途的器件。,二、半導(dǎo)體型氣敏傳感器結(jié)構(gòu),3.電阻型半導(dǎo)體氣敏傳感器厚膜型,工藝：將氣敏材料(Sn02或Zn0)與一定比例的硅凝膠混合制成能印刷的厚膜膠，把厚膜膠用絲網(wǎng)印刷到事先安

4、裝有鉑電極的氧化鋁的基片上，在400-800的溫度下燒結(jié)1-2小時(shí)便制成厚膜型氣敏元件。,特點(diǎn)：用厚膜工藝制成的器件一致性較好，機(jī)械強(qiáng)度高，適于批量生產(chǎn)。,二、半導(dǎo)體型氣敏傳感器結(jié)構(gòu),4.非電阻型半導(dǎo)體氣敏傳感器,原理：利用MOS二極管的電容-電壓特性的變化，以及MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MOSFET)的閾值電壓的變化等特性而制成的氣敏元件。,特點(diǎn)：此類器件的制造工藝成熟，便于器件集成化，因而其性能穩(wěn)定且價(jià)格便宜。利用特定材料還可以使器件對(duì)某些氣體特別敏感。,二、半導(dǎo)體型氣敏傳感器結(jié)構(gòu),（1）MOS二極管氣敏傳感器,工藝：在P型半導(dǎo)體硅片上，利用熱氧化工藝生成一層厚度為50-100nm的Si02層，

5、然后在其上面加入一層鈀(Pd)的金屬薄膜，作為柵電極。,原理：由于Si02層電容Ca固定不變，而Si和Si02界面電容Cs是外加電壓的函數(shù)(其等效電路如圖所示），因此總電容C也是柵偏壓的函數(shù)。其函數(shù)關(guān)系稱為該類MOS二極管的C-U特性。由于鈀對(duì)H特別敏感，在鈀吸附了H2以后，鈀的功函數(shù)會(huì)降低，導(dǎo)致MOS管的C-U特性向負(fù)偏壓方向平移，如圖曲線所示。根據(jù)這一特性就可測(cè)定H2的濃度。,二、半導(dǎo)體型氣敏傳感器結(jié)構(gòu),（2）MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管氣敏傳感器,原理：Pd對(duì)H2有很強(qiáng)的吸附性，當(dāng)H2吸附在Pd柵極上時(shí)，Pd的功函數(shù)會(huì)降低。Pd-MOSFET氣敏元件利用此特性檢測(cè)H2濃度。,三、接觸燃燒型氣敏傳感器結(jié)構(gòu),接觸燃燒式傳感器由貴金屬細(xì)絲線圈、氧化鋁載體、引線、底座及網(wǎng)罩構(gòu)成。此傳感器在電路結(jié)構(gòu)上可分為對(duì)氣體敏感的檢測(cè)元件及對(duì)氣體不敏感的補(bǔ)償元件兩部分。,四、電化學(xué)氣敏傳感器結(jié)構(gòu),組成：透氣性隔膜、工作電極、對(duì)電極、參照電極和電解質(zhì)溶液組成的密封結(jié)構(gòu)的合成樹脂容器。,原理：工作核心是恒定電位電解式傳感器,它是一種濕式氣體傳感器。電路的功能是加電壓于傳感器電解液中的兩個(gè)電極，使所測(cè)氣體進(jìn)行氧化