ZnO氣體半導(dǎo)體傳感器簡單介紹

半導(dǎo)體氣體傳感器——ZnO氣體傳感器是將外界氣體的信息轉(zhuǎn)換成電信號傳遞給控制中心，從而實現(xiàn)檢測、自動控制和報警等功能。早期，氣體傳感器主要用來檢測易燃性氣體的泄漏和報警。80年代后，隨著納米技術(shù)、生命科學(xué)、人工智能等相關(guān)科學(xué)的發(fā)展，氣體傳感器也得到了巨大的發(fā)展，其檢測和應(yīng)用范圍也得到了擴大。從食品方面的魚肉蔬菜水果新鮮度檢測，到廚房住宅的易燃易爆、有毒有害氣體檢測；從化工生產(chǎn)的現(xiàn)場流程檢測，到環(huán)境保護(hù)中的污染氣體的檢測，各個方面都有所應(yīng)用。氣體傳感器的應(yīng)用半導(dǎo)體氣體傳感器分類類型物性材料檢測氣體半導(dǎo)體氣體傳感器電阻式表面控制型Sn02、ZnO、In203、W03、V。05、Al2O3、有機半導(dǎo)體等。CCl：F2、CO、NO、NH3、乙醇、丙酮、甲醛等體控制型Y——Fe203、Q—Fe203、C03O4、SrSnOs、Ti02、SnQ、CoO、MnO等可燃性氣體、O2等非電阻式金屬／半導(dǎo)體結(jié)Pd／CdS、Pd／Ti02、Pd／ZnO、Pt／Ti02、Au／Ti02等H2、CO、SiH4等Pd—MOSPd—MOSH2、CO、SiH4等AETPd、Pt、Sn0≥一AETCl2、H2S等FETPd—MoSFETH2、H2S、NH3、CO等(1)器件靈敏度高，檢測限低，檢測限可達(dá)ppm(百萬分之一)數(shù)量級，甚至ppb(十億分之一)數(shù)量級；(2)響應(yīng)與恢復(fù)時間短，一般都在幾秒到幾十秒之間；(3)金屬氧化物在空氣中相對比較穩(wěn)定，制成的器件可以具有較長的使用壽命，一般壽命為幾年，甚至十年以上；(4)金屬氧化物制備簡單，來源豐富且無毒，無污染；(5)器件制備容易，成本低廉，適合大范圍推廣；(6)器件尺寸小，測試裝置簡單，適合做成便攜式檢測儀器。ZnO等金屬氧化物半導(dǎo)體傳感器優(yōu)點ZnO在自然界中是以礦物的形式存在，在研究過程中人們制備出了很多形態(tài)的ZnO材料，其中研究最多的是單晶、薄膜和納米結(jié)構(gòu)。單晶普遍采用的方法有：水熱法、熔融法、氣相法。薄膜制備技術(shù)有：金屬有機物化學(xué)氣相沉積、磁控濺射、激光脈沖沉積、分子束外延、原子層沉積、熱蒸發(fā)、溶膠——凝膠等。納米：制備方法非常多，總的來說按照制備環(huán)境不同可以分為氣相法和液相法。氣相法是在制備過程中，作為源的物質(zhì)是氣相或者通過一定的過程轉(zhuǎn)化為氣相，然后通過一定的機理形成所需的納米結(jié)構(gòu)。ZnO的制備液相法是在制備過程中，通過化學(xué)溶液作為傳遞能量的媒介，從而制備各種納米、溶劑熱法、微乳液法、化學(xué)反應(yīng)自組裝法（、液相模板法等。隨著研究發(fā)展，目前也發(fā)展了一些不屬于以上兩種的方法，比如像光刻也可以用來制備納米材料。ZnO的制備材料表面吸附各種不同氣體后，材料電阻率發(fā)生變化，從而表現(xiàn)出氣敏特性。ZnO材料對CO、C2H5OH、H2、NO2等氣體比較敏感，電阻率變化比較大，從而是氣敏元件的一種良好選擇材料。當(dāng)ZnO材料吸附還原性氣體時，電阻率隨氣體濃度升高而降低；反之，吸附氧化性氣體時電阻率隨氣體濃度升高而增大。這就為ZnO材料制作氣敏元件奠定了基礎(chǔ)。此外，隨著ZnO納米技術(shù)的發(fā)展，納米材料比表面積較大，化學(xué)活性提高，從而可以提高材料氣敏特性。目前，使用各種技術(shù)已經(jīng)制備出了對CO、CH4、H2等氣體有較高靈敏度的ZnO納米氣敏元件ZnO氣敏性原理ZnO半導(dǎo)體傳感器檢測氣體ZnO器件主要用來檢測可燃性和還原性氣體。完整的氧化物不具有半導(dǎo)體的性質(zhì)，因此，常利用摻雜ZnO或其復(fù)合材料作為氣敏材料。例如：將Cr203一ZnO復(fù)合材料對NH3具有了很高的靈敏度和選擇性；ZnO／Zn2Sn04、ZnO—CuO復(fù)合材料可以選擇性地檢測CO氣體；Zn2Fe2SO4／ZnO復(fù)合材料甲醇、乙醇和丙醇都具有較高的靈敏度。另外ZnO表面修飾上貴金屬也可以極大地改變其氣敏性質(zhì)。例如：在ZnO納米線上面修飾Au以后，對CO體具有高的靈敏度；在ZnO薄膜和棒上負(fù)載上Pt發(fā)現(xiàn)負(fù)載后的樣品在室溫下可以極大地提高對H2敏感度：ZnO納米線上吸附上Pd發(fā)現(xiàn)可以提高材料對乙醇的靈敏度。ZnO半導(dǎo)體傳感器檢測氣體不足之處對溫度和環(huán)境濕度的抗干擾能力較差靈敏度較低選擇性與穩(wěn)定性都較差，響應(yīng)和恢復(fù)時間比較長不同結(jié)構(gòu)器件的功