什麼是半導體氣體感測器?它有哪些基本型別?氣體感測器的發展動態如何

時間 2021-08-11 17:22:20

1樓:隔壁小鍋

半導體氣體感測器是利用半導體氣敏元件作為敏感元件的氣體感測器,是最常見的氣體感測器,廣泛應用於家庭和工廠的可燃氣體洩露檢測裝置,適用於甲烷、液化氣、氫氣等的檢測。

按照半導體變化的物理性質,又可分為電阻型和非電阻型兩種。電阻型半導體氣體感測器是利用半導體接觸氣體時其阻值的改變來檢測氣體的成分或濃度。

而非電阻型半導體氣體感測器則是根據對氣體的吸附和反應,使半導體的某些特性發生變化對氣體進行直接或間接檢測。

2樓:空氣質量環境監測

利用半導體與氣體接觸時電阻或功函式發生變化這一特性檢測氣體。氣體感測器分為電阻式與非電阻式兩種。

電阻式採用sno2、zno等金屬氧化物材料製備,有多孔燒結件、 厚膜、 薄膜等形式。根據半導體與氣體的相互作用是發生在表面還是體內,又分為表面控制型與體控制型。表面控制型電阻式感測器包括sno2系感測器、zno系感測器、其他金屬氧化物(wo3、v2o5、cdo、cr2o3等) 材料的感測器和採用有機半導體材料的感測器。

體控制型電阻式感測器包括fe2o3系感測器、abo3型感測器和燃燒控制用感測器。這類感測器可檢測甲烷、丙烷、氫、一氧化碳等還原性氣體,氧、二氧化氮等氧化性氣體,具有強吸附力的胺類和水蒸汽等。

非電阻式氣體感測器利用氣體吸附和反應時引起的功函式變化來檢測氣體。它可分為金屬-半導體結二極體型感測器(利用金屬與半導體介面上吸附氣體時,二極體整流特性的變化)、mos二極體型感測器(採用mos結構,通過c-v特性的漂移檢測氣體)和mos fet型感測器(通過mos fet的閾值電壓變化檢測氣體)。

半導體氣體感測器靈敏度高,可用於可燃氣體防爆報警器,co、h2s等有毒氣體的監測器。通過穩定性研究,一些感測器可用於氣體濃度的定量監測。半導體氣體感測器在防災、環境保護、節能、工程管理、自動控制等方面有廣泛的應用。

摺疊離子感測器

半導體離子感測器體積很小,能直接插入生物體內進行連續測量,隨時監視患者的病情。

半導體表面的電阻隨垂直於表面的電場變化。利用這種場效應制成的絕緣柵場效應電晶體 (igfet)可作為化學感測器。而在測量離子時,即稱為離子靈敏場效應電晶體(isfet)。

isfet的柵絕緣層表面只對特定的離子產生響應並形成離子感應層。這種介面電位的變化通過fet的漏極電流變化檢出。isfet的小型化不存在離子選擇電極電阻過大的問題,它的輸出阻抗很小。

由於介面雙電層的穩定性,即使在濃度很低的情況下也能檢出介面電位的變化,因此具有很高的靈敏度(見場效應化學感測器)。isfet可用來測量h+、na+、k+、ca++、ag+、nh嬃等陽離子和f-、cl-、br-、i-、cn-等陰離子,還可製成複合isfet(即同一 isfet可測幾種不同的離子)和fet型的參考電極(reffet)等。

摺疊生物感測器

改變 isfet敏感膜或採用其他結構可以檢出複雜的生物化學物質。這種感測器用於醫療、食品、醫藥、環境保護等方面。例如,在臨床化學檢查中,用固定酵素作電極的方法對血液中葡萄糖、澱粉酶、甲胍乙丙脂、尿素、尿酸進行分析,迅速而又簡便。

生物感測器正向檢測更復雜的生物關聯物質、免疫物質、細胞和微生物的方向發展。

採用整合化技術,將半導體感測器與資訊處理電路整合於同一晶片,可以增加感測器的功能。此外,還可以在同一襯底上製作能檢出不同物件的具有複合功能的半導體感測器器件。已出現單片整合感測器和混合整合感測器,將感測器與微處理機相結合可以製成具有自動補償功能和預知判斷功能的智慧化器件。

半導體感測器優點是靈敏度高、可靠性好、可實現多功能、 小型化、 智慧化,缺點是多感性、選擇性差、在極限狀態下(例如高溫)不能使用。針對結晶型半導體感測器的不足,人們正在研究無定形半導體感測器。

摺疊編輯本段氣敏感測器

摺疊用途

主要用於工業上天然氣、煤氣、石油化工等部門的易燃、易爆、有毒、有害氣體的監測、預報和自動控制, 氣敏元件是以化學物質的成分為檢測引數的化學敏感元件。

摺疊材料

氣敏電阻的材料是金氧半導體(分p型如氧化錫和n型如氧化鈷),合成材料有時還滲入了催化劑, 如鈀(pd)、鉑(pt)、銀(ag)等。

摺疊工作原理

(1)敏感材料的功函式《吸附分子的電子親和力→吸附分子從材料中奪取電子(負離子吸附、氧化型氣體),敏感材料的載流子減少-r↑,如o2 、no等。

(2)敏感材料的功函式》吸附分子的離解能→吸附分子向材料釋放電子(正離子吸附、還原型氣體),敏感材料的載流子增加-r↓,如h2、co等。

(3)為提高氣體靈敏度,一般需加熱以加快氧化還原反應(到200~450℃),同時加熱還能使附著在測控部分上的油霧、塵埃燒掉。

摺疊型別及結構

(1)電阻型半導體氣敏感測器

由三部分組成:敏感元件、加熱器和外殼燒結型、薄膜型、厚膜型

(2)非電阻型半導體感測器

mos二極體氣敏器件

mos場效應電晶體氣敏器件

3樓:天津亞麗安報警裝置

對於半導體氣體感測器,按照半導體與氣體的相互作用是在其表面還是在其內部,可分為表面控制型和體控制型兩種;按照半導體變化的物理性質,又可分為電阻型和非電阻型兩種。電阻型半導體氣體感測器是利用半導體接觸氣體時其阻值的改變來檢測氣體的成分或濃度;而非電阻型半導體氣體感測器則是根據對氣體的吸附和反應,使半導體的某些特性發生變化對氣體進行直接或間接檢測。

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