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文檔簡介
1、Air-sensitive sensor and its application technolegy 課程內(nèi)容 Course Contents 傳感器應(yīng)用技術(shù) 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) 傳感器應(yīng)用技術(shù) 一、氣敏傳感器基本結(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 傳感器應(yīng)用技術(shù) 二、半導(dǎo)體型氣敏傳感器結(jié)構(gòu)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)
2、時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:檢測還原性氣體、可燃性氣 體和液體蒸氣; 缺點:由于燒結(jié)不充分,器件的機械 強度較差,且所用電極材料較貴重,電特 性誤差較大。 傳感器應(yīng)用技術(shù) 二、半導(dǎo)體型氣敏傳感器結(jié)構(gòu)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、測量絲直接埋入Sn02或Zn0等粉末中燒結(jié)而成的。 原理:工作時加熱絲通電,測量絲用于測量器件阻值。 特點:制造工藝簡單、成本低、功耗小,可以在高電壓回路下使用。 缺點:熱容量小,易受環(huán)境氣流的影響,測量回路和加熱回路間沒有隔 離而相互影響。 傳感器應(yīng)用技術(shù) 二、半導(dǎo)體型氣敏傳感器結(jié)構(gòu)二、
3、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陶瓷管內(nèi),管外涂梳狀金屬電極作測量極,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,使測量極和加熱極分離,而且加熱絲不 與氣敏材料接觸,避免了測量回路和加熱回路的相互影響。 特點:器件熱容量大,降低了環(huán)境溫度對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。 傳感器應(yīng)用技術(shù) 二、半導(dǎo)體型氣敏傳感器結(jié)構(gòu)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)或濺射方法,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:敏感膜顆粒很小
4、,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。 傳感器應(yīng)用技術(shù) 二、半導(dǎo)體型氣敏傳感器結(jié)構(gòu)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小時便制成厚膜型氣敏元件。 特點:用厚膜工藝制成的器件一致性較好,機械強度高,適于批量生產(chǎn)。 傳感器應(yīng)用技術(shù) 二、半導(dǎo)體型氣敏傳感器結(jié)構(gòu)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
5、電容-電壓特性的變化,以及MOS場效應(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: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 價格便宜。利用特定材料還可以使器件對某些氣體特別敏感。 傳感器應(yīng)用技術(shù) 二、半導(dǎo)體型氣敏傳感器結(jié)構(gòu)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,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
6、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H特別敏感,在鈀吸附了H2以 后,鈀的功函數(shù)會降低,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)這一特性就可測定H2的 濃度。 傳感器應(yīng)用技術(shù) 二、半導(dǎo)體型氣敏傳感器結(jié)構(gòu)二、半導(dǎo)體型氣敏傳感器結(jié)構(gòu) (2)MOS場效應(yīng)晶體管氣敏傳感器 原理:Pd對H2有很強的吸附性,當(dāng)H2吸附在Pd柵極上時,Pd的功函數(shù)會降 低。Pd-MOSFET氣敏元件利用此特性檢測H2濃度。 傳感器應(yīng)用技術(shù) 三、接觸燃燒型氣敏傳感器結(jié)構(gòu)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)上可分為對氣體敏感的檢測元件及對氣體不 敏感的補償元件兩部分。 傳感器應(yīng)用技術(shù) 四、電化學(xué)氣敏傳感器結(jié)構(gòu)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電極,使所測氣體進(jìn)行氧化 或者還原,測量氣體電
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