ZnO氣體半導體傳感器簡單介紹

半導體氣體傳感器——ZnO氣體傳感器是將外界氣體的信息轉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、生命科學、人工智能等相關科學的發(fā)展，氣體傳感器也得到了巨大的發(fā)展，其檢測和應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)境保護中的污染氣體的檢測，各個方面都有所應用。氣體傳感器的應用半導體氣體傳感器分類類型物性材料檢測氣體半導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／半導體結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)響應與恢復時間短，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、薄膜和納米結構。單晶普遍采用的方法有：水熱法、熔融法、氣相法。薄膜制備技術有：金屬有機物化學氣相沉積、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，作為源的物質是氣相或者通過一定的過程轉化為氣相，然后通過一定的機理形成所需的納米結構。ZnO的制備液相法是在制備過程中，通過化學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、化學反應自組裝法（、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。此外，隨著ZnO納米技術的發(fā)展，納米材料比表面積較大，化學活性提高，從而可以提高材料氣敏特性。目前，使用各種技術已經(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體的性質，因此，常利用摻雜ZnO或其復合材料作為氣敏材料。例如：將Cr203一ZnO復合材料對NH3具有了很高的靈敏度和選擇性；ZnO／Zn2Sn04、ZnO—CuO復合材料可以選擇性地檢測CO氣體；Zn2Fe2SO4／ZnO復合材料甲醇、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。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薄膜和棒上負載上Pt發(fā)現(xiàn)負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，響應和恢復時間比較長不同結構器件的功