半导体气敏元件的应用特性(精)

半导体气敏材料的气敏特性研究半导体气敏材料是一类有机材料，由其特性的分子结构以及属性的结合而成，它们具有电、光、机械能和化学反应能等性质，可以响应各种刺激而变化，通过调节电学特性以及光学性能来做出反应。

因此，半导体气敏材料的气敏特性一直受到学术研究者的关注。

因此，本文致力于研究半导体气敏材料的气敏性能。

一、气敏材料类别1. 根据元素组成：可分为绝缘体型半导体气敏材料、碳基半导体气敏材料和金属氧化物半导体气敏材料。

2. 根据气体的敏感性：可分为有气体敏感性的半导体气敏材料和无气体敏感性的半导体气敏材料。

3. 根据外加激励的类型：可分为强辐射型半导体气敏材料、磁场型半导体气敏材料和微波型半导体气敏材料。

二、气敏材料特性1. 电迁移动力学：气敏材料中的电子传输机制可用气体浓度来调节，从而达到调节传输效率的目的。

2. 电化学动力学：气敏材料电极可形成气体化合物，从而影响活性空位的形成和氧的迁移，从而对活性空位的分布应用给电极建立一个动力学模型。

3. 光电致化学反应动力学：当气体浓度在半导体光电致化学反应中发生变化时，会影响其光电子性能和电子性能，从而调节气体的传感特性。

4. 加热效应：当前半导体气敏材料的加热效应也会影响其气敏特性，一旦气体浓度发生变化，则会有加热的存在，对半导体的电化学性质和光电子性质有不同的影响。

三、半导体气敏材料的应用1. 传感器应用：气体传感器是使用气体敏感材料的产品，它们使用半导体气敏材料作为传感器检测气体浓度，从而实现智能环境的监测和控制，为实现更精确的检测精度提供依据。

2. 设备应用：采用半导体气敏材料可以制作超级小型、超级轻薄的传感器，这种传感器能够检测出范围更广的气体浓度，可以实现实时的气体浓度检测，为军事、安全领域提供有效的技术支持。

3. 药物检测：半导体气敏材料可用于检测药物或毒素的分子吸附特性，从而实现快速准确的检测，可以为药物检测提供大量的信息。

综上所述，半导体气敏材料具有多种气敏特性，并且可以根据不同应用领域中的不同要求，采用不同的外加激励，确定其气敏特性。

第1期(总第128期)2005年2月机械工程与自动化M ECHAN I CAL EN G I N EER I N G &　AU TOM A T I ON N o 11Feb 1文章编号:167226413(2005)0120105203半导体气敏元件吴义炳(福建农林大学机电学院,福建　福州　350002)摘要:首先介绍半导体气敏元件的工作原理,然后从制备工艺、基材现状、测量方法三方面进行了综述。

关键词:半导体;气敏元件;制备工艺中图分类号:TN 304192 文献标识码:A收稿日期:2004209210作者简介:吴义炳(19742),男,福建南平人,助教,本科。

0　引言随着纳米技术的发展,与该项技术相结合的半导体气敏器件由于具有灵敏度高、响应时间和恢复时间短、使用寿命长及成本低等优点,被广泛应用于检测各种有害气体、可燃气体、工业废气和环境污染气体。

气敏元件是检测环境气氛中某种(或某类)气体存在及其含量的基础。

气敏元件性能与敏感材料的种类、结构及制作工艺密切相关。

本文首先简单介绍半导体气敏传感器的工作原理,然后着重从制备工艺、基材现状、测量方法三方面进行综合性论述。

1　半导体气敏元件的工作原理半导体气敏传感器是利用待测气体与半导体(主要是金属氧化物)表面接触时产生的电导率等物性的变化来检测气体。

半导体气敏器件被加热到稳定状态下,当气体接触器件表面而被吸附时,吸附分子首先在表面自由地扩散(物理吸附),失去其运动能量,其间的一部分分子蒸发,残留分子产生热分解而固定在吸附处(化学吸附)。

这时,如果器件的功函数小于吸附分子的电子亲和力,则吸附分子将从器件夺取电子而变成负离子吸附。

具有负离子吸附倾向的气体有O 2和NO 2,称为氧化性气体或电子接收性气体。

如果器件的功函数大于吸附分子的离解能,吸附分子将向器件释放电子,而成为正离子吸附。

具有这种正离子吸附倾向的气体有H 2、CO 、碳氢化合物和酒类等,称为还原性气体或电子供给性气体。

半导体气敏传感器半导体气敏传感器是利用待检测气体与办导体表面接触时，产生的电导率等物理量性质变化来检测气体的。

并且，它具有灵敏度高、响应时间和恢复时间快、使用寿命长及价格低等优点，成为世界上产量最大、使用最广的传感器之一。

一、半导体气敏传感器的分类半导体气敏传感器有多种分类方法，主要一种是将其分为两类—电导控制型气敏传感器和电压控制气敏传感器。

其中电导控制型一般以金属氧化物半导体材料如SnO、ZnO、FeO 系为基体，加入合适的催化金属和添加剂，采用烧结、厚膜或薄膜工艺制成。

半导体气敏传感器包括硫化氢气敏传感器和一氧化碳气敏传感器两个敏感器件。

硫化氢气敏传感器是采用MOS场效应晶体管结构,利用过渡金属作栅极的气敏元件,当空气中存在硫化氢时,场效应晶体管的开启电压发生变化,变化的幅度与硫化氢的浓度成比例。

一氧化碳气敏传感器是利用以二氧化锡为基体的铂－锑－二氧化锡敏感材料制成的表面电阻控制型敏感器件,当空气中有微量的一氧化碳存在时,器件的电阻急剧下降。

该两种敏感器件灵敏度均≤10ppm;响应时间均≤0秒;感应时间均≤1秒。

二、半导体气敏传感器的原理当半导体器件被加热到稳定状态时，气体接触半导体表面而被吸附，吸附的分子首先在表面自由扩散，失去运动能量，一部分分子被蒸发掉，另一部分残留分子产生热分解而固定在吸附处。

当半导体的功函数小于吸附分子的电子亲和力时，则吸附分子将从器件夺得电子而变成负离子吸附，半导体表面呈现电荷层。

具有负离子吸附倾向的气体，如O2和NON,等被称为氧化型气体或电子接收型气体。

如果半导体的功函数大于吸附分子的离解能，则吸附分子将向器件释放出电子，而形成正离子吸附。

具有正离子吸附倾向的气体有H2、CO,碳氢化合物和醇类等，被称为还原型气体或电子供给型气体。

半导体气敏元件有N型和P型之分。

N型材料有SnO2、ZnO、TiO型等，P材料有MoO2、CrO3等。

当氧化型气体吸附到N型半导体上，还原型气将使半导体载流子减少，而使电阻值增大;相反，当还原型气体吸附到N型半导体上，氧化型气体吸附到P型半导体上时，则载流子增多，使半导体电阻值下降。

可编辑修改精选全文完整版气敏传感器的原理及应用半导体气体传感器：半导体气体传感器是利用气体在半导体表面的氧化还原反应导致敏感元件组织发生变化而制成的。

当半导体器件被加热到稳定状态，在气体接触半导体表面而被吸附时，被吸附的分子首先在物体表面自由扩散，失去运动能量，一部分分子被蒸发掉，另一部分残留分子产生热分解吸附在物体表面。

当半导体的功函数小于吸附分子的亲和力，则吸附分子将从器件夺走电子而变成负离子吸附，半导体表面呈现电荷层。

[1]例如氧气，等具有负离子吸附倾向的气体被称为氧化型气体。

如果半导体的功函数大于吸附分子的离解能，吸附分子将向器件释放出电子，而形成正离子吸附。

具有正离子吸附倾向的气体有氢气、一氧化碳等，它们被称为还原性气体。

当氧化型气体吸附到n型半导体，还原性气体吸附到p型半导体上时，将使半导体载流子减少，而使电阻增大。

当还原型气体吸附到n型半导体上，氧化型气体吸附到p 型半导体上时，则载流子增多，半导体阻值下降。

非电阻型气体传感器也是半导体气体传感器之一。

它是利用mos二极管的电容-电压特性的变化以及mos场效应晶体管的阈值电压变化等特性而制成的气体传感器。

由于这类传感器的制造工艺成熟，便于器件集成化，因而其性能稳定价格便宜。

利用特定材料还可以使传感器对某些气体特别敏感。

催化燃烧式传感器：可燃气体报警器的原理基本上都是催化燃烧式催化燃烧式气体传感器是采用惠斯通电桥原理，由检测元件和补偿元件配对构成测量电桥，在一定温度条件下，可燃气体在检测元件载体表面及催化剂的作用下发生无焰燃烧，载体温度就升高，通过它内部的铂丝电阻也相应升高，从而使平衡电桥失去平衡，输出一个与可燃气体浓度成正比的电信号，再经过后期电路的放大、稳定和处理zui终显示可靠的数值。

电化学传感器：电化学传感器是两电极系统。

其工作电极和对电极由一薄层电解液隔开并经由一个很小的电阻联通外电路。

当气体扩散进入传感器后，在敏感电极表面进行氧化或还原反应，产生电流并通过外电路流经两个电极。

气体传感器的特点：QM-N5型半导体气敏元件特点：用于可燃性气体的检测（ CH 4, C 4 H 10, H 3 等）灵敏度高、响应速度快、输出信号大、寿命长、工作稳定可靠。

MQR1003型可燃性气敏器件特点：具有灵敏度高，稳定性好，响应和恢复时间短，外型尺寸小的优点，它可用于可燃性气体和可燃性液体蒸汽及烟雾等的检测、检漏。

QM-J3型气敏元件特点：灵敏度高、响应速度好、寿命长、工作稳定可靠用于乙醇，酒精等有机液体蒸汽的检测、对汽油蒸汽且有抗干扰能力。

TP-1.1A 非加热甲烷气体传感器特点：低功耗、环境适应能力强（不怕油份子吸附）、对甲烷及液化石油气高度灵敏。

应用：煤矿瓦斯监测、工业甲烷、天然气监测等TP-2 一氧化碳气敏传感器特点：具微珠式结构，电导振荡响应，极好的选择性和良好的环境适应能力，应用电路简单，本质安全等特点。

应用：家用、车用一氧化碳探测器等。

TP-3 酒敏传感器特点：具微珠式结构，应用电路简单，灵敏感应空气中的酒精浓度的特点。

应用：应用于便携式酒精探测仪。

检测段В?50~10000ppm 酒精TP-4 空气污染传感器特点：具微珠式结构，应用电路简单，可探测空气中存在的低浓度氢气、一氧化碳、烟雾等气体。

应用：应用于空气清洁器、换气装置、空气质量监测等。

检测范围： 5~10000ppm 氢气报警器的特点:GD/JP/JZ/JF 系列燃气泄露报警器特点：用于检测范围广泛的易燃性气体，采用先进的 TP-1.1 常温型半导体气敏传感器； LED 指示工作状态、报警状态、故障状态；可提供开关量输出、脉冲输出等模式供选择；抗干扰能力强，适应环境能力强。

适用于有危险源的固定或易染性气体的监测，如家居厨房、燃气锅炉等GD-CF08W/GD-CF08W1 型家用一氧化碳报警器特点：用于检测单一一氧化碳气体，采用先进的 TP-2 常温型半导体气敏传感器； LED 指示工作状态、报警状态、故障状态；良好的气体选择性，适应能力强。

气敏电阻的原理及应用1. 气敏电阻的原理气敏电阻是一种利用敏感薄膜材料的电学性质对气体浓度的变化进行检测的电子元件。

它是一种半导体材料，其电阻值随环境气体的浓度变化而变化。

其原理基于气体分子与敏感薄膜表面发生化学反应，导致电荷传输和电阻的变化。

气敏电阻的工作原理主要分为两种类型：电导型和电容型。

电导型气敏电阻的电阻值随着气体浓度的增加而增加，而电容型气敏电阻则是通过测量电容的变化来检测气体浓度变化。

2. 气敏电阻的应用气敏电阻由于其灵敏度高、响应速度快、结构简单等特点，在许多领域得到了广泛的应用。

以下是一些常见的应用领域：•环境检测：气敏电阻可以用于检测室内空气中的有害物质浓度，如一氧化碳（CO）、甲醛（HCHO）等。

在工业环境中，也可以用气敏电阻来监测有毒气体的泄漏，以确保工人的安全。

•汽车工业：气敏电阻可以用于汽车尾气排放的监测，帮助检测尾气中有害物质的浓度，以达到环保的要求。

•安防系统：气敏电阻可以用于煤气泄漏检测和火灾预警。

当检测到煤气泄漏或火焰时，气敏电阻会产生相应的信号，触发警报或采取其他安全措施。

•医疗应用：气敏电阻可以用于呼吸器等医疗设备中，检测呼吸气体成分的变化，监测患者的呼吸状态。

3. 气敏电阻的优点和局限性气敏电阻具有如下优点：•灵敏度高：气敏电阻对环境气体浓度的变化非常敏感，可以实时检测到微小的浓度变化。

•响应速度快：气敏电阻的相应时间非常短，当环境气体发生变化时，可以迅速产生响应。

•结构简单：气敏电阻的结构和制造成本相对较低，易于批量生产。

然而，气敏电阻也存在一些局限性：•选择性差：气敏电阻对不同气体的选择性较差，容易受到其他气体的干扰，可能导致误检；•寿命短：由于敏感薄膜材料易受氧化和腐蚀，因此气敏电阻的使用寿命较短，需要定期更换。

4. 如何选择气敏电阻当选择气敏电阻时，有几个关键因素需要考虑：•检测气体：确定需要检测的目标气体是什么。

不同的气敏电阻对不同气体的响应不同，因此需要根据具体应用来选择合适的气敏电阻。

半导体气敏材料的气敏特性研究近年来，半导体气敏材料已经逐渐成为一种重要的材料，它具有卓越的光电特性和极高的灵敏度，因而被广泛应用于电子学领域，如无线通信、储能技术和传感器等。

由于半导体气敏材料的性能受到温度、湿度、光照度等外界环境因素的影响，因此，研究其气敏特性成为提升材料性能、提高设备性能和提高设备可靠性的重要前提。

一、半导体气敏材料的结构半导体气敏材料一般具有金属-杂化物-绝缘体结构，其中金属层作为导电层，可以在气体与环境的作用下发生变化，从而诱发整体电荷调节。

杂化物层是一种含有有机材料和无机材料的混合物，它与外界的气体有着较强的相容性，可以调节气体与电荷之间的相互作用。

绝缘体层能够阻止内部荷电分布的漂移而增强元件的稳定性。

二、半导体气敏材料的气敏特性1.敏特性半导体气敏材料具有良好的光敏特性。

其主要原因是，由于半导体气敏材料具有金属-杂化物-绝缘体的结构，受外界的光线照射时，光照强度会调节半导体气敏材料内部的荷电分布，从而导致电荷的变化，从而改变元件性能。

2.度敏感度半导体气敏材料的温度敏感度主要取决于材料的结构和组成，温度越高，元件的响应特性就越强。

这是由于温度升高会改变杂化物层中有机物分子的振动方式和分子动力学性质，从而导致电荷的变化，在低温下，气敏元件的性能会受到更大的影响。

3.度敏感度半导体气敏材料具有良好的湿度敏感度，因为湿度变化会影响元件的荷电分布，在潮湿环境下，荷电会发生变化，从而改变元件的性能。

三、半导体气敏材料的应用半导体气敏材料的灵敏度高，因此可以用于制造传感器，如温度传感器、湿度传感器和气味传感器等。

此外，它还可以用于物联网的节点，用于检测外界环境因素，为数据传输、资源释放等提供便利。

四、结论半导体气敏材料是一种具有金属-杂化物-绝缘体结构的材料，具有较高的灵敏度和光电特性，可以在光照、温度和湿度等环境条件下发生变化，因此可以用于制造传感器，是物联网的重要组成部分。

通过研究半导体气敏材料的气敏特性，我们可以更好地提高设备的可靠性和性能。

气敏电阻的工作原理及其特性气敏电阻（Gas Sensitive Resistor），也被称为气敏元件或气敏电阻器，是一种能够感知气体变化并将其转化为电信号的电子元件。

它在现代科技和工业领域中有着广泛应用，特别是在气体检测、环境监测和安全领域。

本文将介绍气敏电阻的工作原理及其特性。

一、工作原理气敏电阻采用了一种半导体材料，在不同气体环境中呈现出不同的电阻值。

其工作原理基于半导体中的效应，当气敏电阻与目标气体发生反应时，气体分子或离子与半导体材料相互作用，进而影响材料的导电性能。

一般来说，当气敏电阻暴露在目标气体中时，目标气体会被吸附在半导体材料的表面，导致电阻值发生变化。

这是因为目标气体的吸附会导致电子在半导体材料中的导电通道发生改变。

具体来说，当目标气体吸附在半导体表面时，气体中的分子或离子与材料中的局部缺陷或表面活性位点相互作用，引起电荷转移。

这种电荷转移改变了半导体的导电性能，导致电阻值发生变化。

二、特性气敏电阻具有以下几个特性：1. 高灵敏度：气敏电阻能够对非常小的气体浓度变化做出响应。

它的灵敏度可以根据具体应用需求进行调整和优化。

2. 宽工作范围：气敏电阻的工作范围很广，能够对多种气体进行检测。

常见的气敏电阻可用于检测有害气体如甲醛、烟雾、一氧化碳等，也可用于检测可燃气体如甲烷、乙烷等。

3. 快速响应：气敏电阻对气体变化的响应速度很快，一般在毫秒级别。

这使得它可以快速检测到气体泄漏或其他紧急情况。

4. 可逆性：气敏电阻对气体的响应是可逆的，即在目标气体被移除后，电阻值会恢复到原始状态。

因此，气敏电阻可以重复使用。

5. 温度依赖性：气敏电阻的灵敏度和响应特性与工作温度密切相关。

在不同温度下，气敏电阻对气体的响应可能有所不同。

因此，在实际应用中需要对工作温度进行监控和控制。

三、应用领域气敏电阻在多个领域都有着广泛的应用。

1. 环境监测：通过使用气敏电阻可以实现对环境中有害气体的检测和监测。

例如，在室内空气质量监测中，可以利用气敏电阻来检测甲醛、苯等有害气体的浓度，保障人们的健康。