气敏传感器结构

气敏传感器及应用技术Air sensitivesensoranditsapplicationtechnolegy 1 气敏传感器基本结构 气敏传感器结构 2 半导体型气敏传感器结构 3 接触燃烧型气敏传感器结构 4 电化学气敏传感器结构 一 气敏传感器基本结构 图1气敏传感器外观结构 图2气敏传感器电路符号 二 半导体型气敏传感器结构 1 电阻型半导体气敏传感器 烧结型 工艺 以多孔质陶瓷如Sn02为基材 添加不同物质采用低温 700 900 进行烧结 烧结时埋入铂电极和加热丝 最后将电极和加热丝引线焊在管座上制成元件 用途 检测还原性气体 可燃性气体和液体蒸气 缺点 由于烧结不充分 器件的机械强度较差 且所用电极材料较贵重 电特性误差较大 二 半导体型气敏传感器结构 1 烧结型直热式 工艺 将加热丝 测量丝直接埋入Sn02或Zn0等粉末中烧结而成的 原理 工作时加热丝通电 测量丝用于测量器件阻值 特点 制造工艺简单 成本低 功耗小 可以在高电压回路下使用 缺点 热容量小 易受环境气流的影响 测量回路和加热回路间没有隔离而相互影响 二 半导体型气敏传感器结构 2 烧结型旁热式 工艺 将加热丝放置在一个陶瓷管内 管外涂梳状金属电极作测量极 在金属电极外涂上Sn02等材料 原理 克服了直热式结构的缺点 使测量极和加热极分离 而且加热丝不与气敏材料接触 避免了测量回路和加热回路的相互影响 特点 器件热容量大 降低了环境温度对器件加热温度的影响 所以这类结构器件的稳定性 可靠性都较直热式器件有所提高 二 半导体型气敏传感器结构 2 电阻型半导体气敏传感器 薄膜型 工艺 用蒸发或溅射方法 在石英或陶瓷基片上形成金属氧化物薄膜 厚度在100nm以下 特点 敏感膜颗粒很小 因此具有很高的灵敏度和响应速度 低功耗 小型化 以及与集成电路制造技术兼容 是一种很有前途的器件 二 半导体型气敏传感器结构 3 电阻型半导体气敏传感器 厚膜型 工艺 将气敏材料 Sn02或Zn0 与一定比例的硅凝胶混合制成能印刷的厚膜胶 把厚膜胶用丝网印刷到事先安装有铂电极的氧化铝的基片上 在400 800 的温度下烧结1 2小时便制成厚膜型气敏元件 特点 用厚膜工艺制成的器件一致性较好 机械强度高 适于批量生产 二 半导体型气敏传感器结构 4 非电阻型半导体气敏传感器 原理 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 MOSFET 的阈值电压的变化等特性而制成的气敏元件 特点 此类器件的制造工艺成熟 便于器件集成化 因而其性能稳定且价格便宜 利用特定材料还可以使器件对某些气体特别敏感 二 半导体型气敏传感器结构 1 MOS二极管气敏传感器 工艺 在P型半导体硅片上 利用热氧化工艺生成一层厚度为50 100nm的Si02层 然后在其上面加入一层钯 Pd 的金属薄膜 作为栅电极 原理 由于Si02层电容Ca固定不变 而Si和Si02界面电容Cs是外加电压的函数 其等效电路如图所示 因此总电容C也是栅偏压的函数 其函数关系称为该类MOS二极管的C U特性 由于钯对H特别敏感 在钯吸附了H2以后 钯的功函数会降低 导致MOS管的C U特性向负偏压方向平移 如图曲线所示 根据这一特性就可测定H2的浓度 二 半导体型气敏传感器结构 2 MOS场效应晶体管气敏传感器 原理 Pd对H2有很强的吸附性 当H2吸附在Pd栅极上时 Pd的功函数会降低 Pd MOSFET气敏元件利用此特性检测H2浓度 三 接触燃烧型气敏传感器结构 接触燃烧式传感器由贵金属细丝线圈 氧化铝载体 引线 底座及网罩构成 此传感器在电路结构上可分为对气体敏感的检测元件及对气体不敏感的补偿元件两部分 四 电化学气敏传感器结构 组成 透气性隔膜 工作电极 对电极 参照电极和电解质溶液组成的密封结构的合成树脂容器 原理 工作核心是恒定电位电解式传感器 它是一种湿式气体传感器 电路的功能是加电压于传感器电解液中的两个电极 使所测气体进行氧化或者还原 测量气体电解时产生的电流然后推算出气体的浓度 加在传感器上的恒定电位称为给定电位 但由于传感器的阻抗随其结构而定 故检测到气体并产生电解电流时 给定电位就会发生变化 。