第九章半导体特性第九章半导体传感器气敏传感器：通过气-电转换来检测气体类别、浓度和成分的传感器。按构成气敏传感器材料可分为：半导体和非半导体两大类。目前半导体气敏传感器实际使用最多。半导体气敏传感器分类:按照半导体变化的物理特性又可分为：电阻型和非电阻型。二、电阻型半导体气敏传感器二、电阻型半导体气敏传感器（1）烧结型气敏器件氧化物半导体材料为基体，铂电极和加热丝埋入材料中，用加热、加压的制陶工艺烧结成形。因此，被称为半导体陶瓷，简称半导瓷。半导瓷内的晶粒直径为1μm左右，晶粒的大小对电阻有一定影响，但对气体检测灵敏度则无很大的影响。（2）薄膜型气敏器件采用蒸发或溅射工艺，在石英基片上形成厚度约100nm氧化物半导体薄膜，制作方法简单。半导体薄膜的气敏特性最好，但半导体薄膜为物理性附着，器件间性能差异较大。二、电阻型半导体气敏传感器（2）旁热式气敏器件加热丝放置在一个陶瓷管内，管外涂梳状金电极作测量极，在金电极外涂上氧化物半导体材料。气敏传感器暴露在各种成分的气体中使用，会使其性能变差。原因：①工作条件恶劣，检测现场温度、湿度的变化很大，又存在大量粉尘和油雾等；②气体对传感元件的材料会产生化学反应物，附着在元件表面。要求气敏器件：长期稳定工作，重复性好，响应速度快，共存物质产生的影响小等。（2）气敏器件的灵敏度①电阻比灵敏度气敏器件在洁净空气中电阻值Ra，在规定浓度的被测气体中电阻值Rg，则电阻比灵敏度为（3）气敏器件的分辨率分辨率：气敏器件对被测气体的识别（选择）以及对干扰气体的抑制能力。（5）气敏器件的加热电阻和加热功率气敏器件一般工作在200℃以上高温。加热电阻RH：为气敏器件提供必要工作温度的加热电路的电阻（指加热器的电阻值）。直热式的加热电阻值一般小于5Ω；旁热式的加热电阻大于20Ω。加热功率PＨ：气敏器件正常工作所需的加热电路功率。一般在（0.5～2.0）W范围。（7）初期稳定时间长期在非工作状态下存放的气敏器件，因表面吸附空气中的水分或者其他气体，导致其表面状态的变化，在加上电负荷后，随着元件温度的升高，发生解吸现象。因此，使气敏器件恢复正常工作状态，需要一定的时间，称为气敏器件的初期稳定时间。二、电阻型半导体气敏传感器非电阻型气敏器件也是半导体气敏传感器之一。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物性而制成的。这类器件的制造工艺成熟，便于器件集成化，性能稳定且价格便宜。利用特定材料还可使器件对某些气体特别敏感。三、非电阻型半导体气敏传感器三、非电阻型半导体气敏传感器第九章半导体传感器TheNobelPrizeinPhysics2011湿度：指大气中的水蒸气含量，通常采用绝对湿度和相对湿度两种表示方法。绝对湿度：指在一定温度和压力条件下，每单位体积的混合气体中所含水蒸气的质量，单位为g/m3，用符号AH表示。相对湿度：指气体绝对湿度与同一温度下达到饱和状态的绝对湿度之比，用符号%RH表示。相对湿度给出大气的潮湿程度，一个无量纲的量，在实际使用中多使用这一概念。湿度量程：湿敏传感器工作性能的一项重要指标，指湿度传感器技术规范中所规定的感湿范围。全湿度范围用相对湿度(0～100)％RH表示。感湿灵敏度即湿度系数：在某一相对湿度范围内，相对湿度改变1％RH时，湿敏传感器电参量的变化值或百分率。在一定温度下，当相对湿度发生跃变时，湿敏传感器的电参量达到稳态变化量的规定比例所需要的时间。一般规定从起始到终止63％或90％的相对湿度变化所需要的时间作为响应时间，也称时间常数；反映湿敏传感器相对湿度发生变化时反应速度的快慢。响应时间又分为吸湿响应时间和脱湿响应时间。大多数传感器的脱湿响应时间大于吸湿响应时间，一般以脱湿响应时间作为湿敏传感器的响应时间。湿敏传感器的阻值与外加测试电压的频率有关。在高湿时频率对阻值的影响很小；当低湿高频时，随着频率的增加，阻值下降。湿敏传感器的使用频率上限一般由实验确定。直流电压会引起水分子的电解，因此测试电压频率也不能太低。（1）基本结构氯化锂湿敏电阻，一种典型的电解质型湿敏器件；利用吸湿性盐类潮解、离子导电率发生变化而制成的，由引线、基片、感湿层与电极组成。工艺：两种以上的金属氧化物半导体材料混合烧结而成为多孔陶瓷。材料：ZnO-LiO2-V2O5系、Si-Na2O-V2O5系、TiO2-MgO-Cr2O3系、Fe3O4等。负特性湿敏半导体陶瓷：电阻率随湿度增加而下降。正特性湿敏半导体陶瓷：电阻率随湿度增加而增大。三、半导体陶瓷湿敏电阻三、半导体陶瓷湿敏电阻（1）MgCr2O4-TiO2湿敏器件MgCr2O4为Ｐ型半导体，电阻率低，阻值温度特性好。氧化镁复合氧化物