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璞芮公司使用的气体传感器

DATE:2015-03-24    来源:上海璞芮环境科技有限公司    点击数:

    半导体气体传感器主要是以氧化物半导体为基本材料制成,当半导体气敏元件同气体接触时,气体吸附于元件表面,使得半导体的导电率发生变化,从而检测待测气体的成分及浓度。

    半导体气体传感器大体上分为电阻式和非电阻式两类。电阻式半导体气体传感器是用氧化锡、氧化锌等金属氧化物材料制作的敏感元件,利用其阻值的变化来检测气体的浓度。非电阻式半导体传感器主要有金属、半导体结型二极管和金属栅的MOS场效应管的传感器,利用它们与气体接触后整流特性或阈值电压的变化来实现对气体的测量。

    气敏元件的工作原理非常复杂,因其受诸多因素的影响,如:气敏元件往往不是单晶体;为了提高灵敏度,气敏元件中一般都有催化剂和其他氧化物以及为提高元件强度而添加的粘合剂;元件多工作在较高温度下;被测气体种类繁多,它们的特性各不相同等。因此在长期研究的基础上,将气敏元件的工作原理归纳为数种模型,从而分別解释不同类型半导体气敏元件的工作原理。气敏电阻类元件的工作原理就可以用其中的能级生成理论来解释。

    气敏电阻的材料是金属氧化物,如氧化锡、氧化锌等,它们在常温下是绝缘的,制成 半导体后显出气敏特性。通常工作在空气中,空气中的氧、二氧化氮这样的氧化性气体其电子兼容性比较大,它们接受来自半导体材料的电子而吸附负电荷,结果N型半导体材料的表面空间电荷层区域的半导体电子减少,使表面电导率减小,从而使元件处于高阻状 态。一旦被测元件与被测还原性气体接触,就会与吸附的氧起反应,将被氧束缚的电子释 放出来,敏感膜表面电导率增加使元件电阻减小。

    该类气体元件通常工作在高温状态(200-450°C),冃的是为了加速上述的氧化还原反应。例如,用氧化锡制成的气敏元件,在常温下吸附某种气体后,其电导率变化不大,若保持这种气体浓度不变,该元件的电导率将随元件本身温度的升高而增加,尤其在100-300°C范围内,电导率变化很大。显然,半导体电导率的增加是多数载流子浓度增加的结果。

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