半导体气敏传感器的原理

如何计算半导体气体传感器的灵敏度？金属氧化物半导体(MOS)是公认的具有良好应用前景的NO2气敏材料。工作温度是半导体气体传感器的一个关键参数，它决定了传感器表面的气体化学反应，对传感器的灵敏度、响应时间、选择性、能耗乃至传感器结构都有重要影响，介绍了半导体气敏微传感器的特点和应用，温度对半导体气体传感器性能的影响决定了传感器表面的气体化学反应。

氧化物半导体甲烷气体传感器的研究进展摘要:介绍了氧化物半导体甲烷气体传感器的工作机理，讨论了提高氧化物半导体甲烷气体传感器性能的几种途径。通过添加催化剂、控制材料的微观结构、采用新的制备技术和表面改性，可以提高氧化物半导体甲烷气体传感器的灵敏度、选择性、响应和恢复特性以及稳定性。关键词:甲烷；传感器；半导体氧化物分类号:TP212.2文件识别码:A 1。前言甲烷是一种广泛应用于工业和民用的气体，但与氧气混合到一定浓度时易燃易爆，因此研制成本低、灵敏度高、选择性好、性能稳定的甲烷传感器成为热点。

气体传感器常识1。传感器的定义根据中华人民共和国(PRC)国家标准CGB766587)，传感器被定义为能够被测量并按照一定的规则转换成可用的输出信号的器件或装置，通常由一个敏感元件和一个转换元件组成。其中，敏感元件是指传感器中能直接感受或响应被测对象的部分；转换元件是指传感器中能够将敏感元件感受或响应的测量数据转换成适合传输或测量的电信号的部分。

化学传感器是将特定的化学量按照一定的规律转换成可检测的信号的传感器。化学传感器综合了电子科学、化学科学和材料科学。化学传感器一般包括两部分，一部分具有选择性捕捉待检测化学物质的形状或分子结构的功能，称为识别系统；另一部分能有效地将捕获的化学量转化为电信号，称为传导系统。

什么是传感器？从广义上讲，传感器是一种能够感知外界信息，并按照一定的规则转换成可用信号的装置。简单来说，传感器就是将外界信号转化为电信号的装置。所以它由两部分组成:敏感元件(传感元件)和转换器件。有些半导体敏感元件可以直接输出电信号，自己形成传感器。敏感元件种类繁多，根据力、热、光、电、磁、声等物理效应可分为①物理类。

(3)生物学，以酶、抗体、激素等分子识别功能为基础。一般按其基本传感功能可分为热敏元件、光敏元件、气敏元件、力敏元件、磁敏元件、湿敏元件、声敏元件、辐射敏元件、色敏元件、味敏元件等十大类(有人曾将传感器分为46类)。下面对常用的热敏、光敏、气敏、力敏、磁敏传感器及其敏感元件介绍如下。温度传感器和热敏元件温度传感器主要由热敏元件组成。

气体传感器是气体检测系统的核心，通常安装在探头内。气体传感器本质上是一种转换器，将一定的气体体积分数转换成相应的电信号。探头通过气体传感器对气体样品进行调节，通常包括过滤杂质和干扰气体，干燥或冷藏处理，样品泵送，甚至对样品进行化学处理，使化学传感器更快地进行测量。气体的采样方法直接影响传感器的响应时间。目前，气体的采样方法主要是通过简单的扩散法或吸入气体进入探测器。

目标气体通过探头中的传感器，产生与气体体积分数成比例的信号。因为扩散过程是逐渐变慢的，所以扩散法要求探头的位置离测量点非常近。扩散法的一个优点是气体样品不经物理和化学转化直接引入传感器。吸样探针通常用于在加工仪器或排气管附近取样。这种技术可以为传感器提供稳定的、速度可控的气流，所以在气流大小和速度经常变化的情况下，这种方法值得推荐。

气体传感器主要有半导体型、接触燃烧型、化学反应型、光学干涉型、热传导型、红外吸收型等。其中，半导体气体传感器应用较为广泛。半导体气体传感器由气敏部分、电热丝和防爆网组成。它是在气敏部分的SnO2、Fe2O2、ZnO等金属氧化物中加入Pt、Pd等敏化剂的传感器。传感器的选择性由加入的敏化剂的量来控制。比如对于ZnO2系列传感器，如果加入Pt，传感器对丙烷和异丁烷的灵敏度很高；如果加入钯，它对一氧化碳和H2很敏感。

最常用的敏感膜材料是金属氧化物、高分子聚合物材料和胶体敏感膜。它的两个关键部分是加热电阻和气敏薄膜。金电极连接到气敏材料的两端，因此它相当于一个电阻，其电阻随着要测量的外部气体的浓度而变化。由于金属氧化物具有较高的热稳定性，而这种传感器只在半导体表层产生可逆的氧化还原反应，半导体内部的化学结构保持不变，因此，长期使用也能获得较高的稳定性。

确定传感器表面的气体化学反应。发展低成本的半导体气体传感技术，加强对有害气体NO2的监测，对于空气质量预警和促进社会可持续发展具有重要意义。金属氧化物半导体(MOS)是公认的具有良好应用前景的NO2气敏材料。工作温度是半导体气体传感器的一个关键参数，它决定了传感器表面的气体化学反应，对传感器的灵敏度、响应时间、选择性、能耗乃至传感器结构都有重要影响。

【答案】:(1)特点:灵敏度高，成本低，时间响应快，能耗低，长期漂移，选择性差，易受温湿度干扰。(2)应用:空气污染和有害气体的检测，一氧化碳和硫化氢的火灾检测和燃烧控制；一氧化碳、氢气、甲烷等低浓度可燃气体或还原性气体的检漏，人体内乙醇、麻醉试剂的检测。

目前市面上的半导体传感器输出多为非线性。一般用标准气体来测量，这就需要一套测量气体，传感器的输出用仪器测量，万用表就够了。然后制作数据表，可以得到气体电压灵敏度表，这也是非线性数据。每一个ppm都是百万分之一的意思，和mV没有直接关系，半导体气体传感器灵敏度没那么高，1ppm无反应，控制在正负50ppm就好，受环境影响大。