華東理工大學(xué)概率論7

1、1n(2) (2) 半導(dǎo)體陶瓷濕敏元件半導(dǎo)體陶瓷濕敏元件n 半導(dǎo)體陶瓷濕敏原件結(jié)構(gòu)示意圖半導(dǎo)體陶瓷濕敏原件結(jié)構(gòu)示意圖( (圖圖 55)55)242MgCr OTiO242MgCr OTiO2n 半導(dǎo)體陶瓷濕敏原件結(jié)構(gòu)示意圖半導(dǎo)體陶瓷濕敏原件結(jié)構(gòu)示意圖n濕敏元件濕敏元件 - - 安裝在一種高致密的、疏水性的陶瓷基安裝在一種高致密的、疏水性的陶瓷基片上片上n電極電極 和和 四周四周 - - 安置金短路環(huán)安置金短路環(huán)n以便消除以便消除 - - 測量電極測量電極 和和 之間由吸濕和沾之間由吸濕和沾污而引起的漏電污而引起的漏電n 和和 - - 加熱清洗線圈的引出線加熱清洗線圈的引出線242MgCr OT

2、iO3n 半導(dǎo)體陶瓷濕敏元件感濕特性曲線半導(dǎo)體陶瓷濕敏元件感濕特性曲線( (圖圖 56)56)242MgCr OTiO4n 半導(dǎo)體陶瓷濕敏元件的感濕特性曲半導(dǎo)體陶瓷濕敏元件的感濕特性曲線線n圖中列出圖中列出 - - 松下松下-、松下、松下-、SM-1 SM-1 型濕敏元件的型濕敏元件的感濕特性曲線感濕特性曲線n濕度范圍濕度范圍 - 1% - 100% RH- 1% - 100% RHn元件阻值范圍元件阻值范圍 - - 242MgCr OTiO4810105n由濕敏元件由濕敏元件 - - 多在較為惡劣的氣氛中工作多在較為惡劣的氣氛中工作n元件上會吸附元件上會吸附 - - 環(huán)境中油霧、粉塵及有害氣

3、體環(huán)境中油霧、粉塵及有害氣體n導(dǎo)致元件的有效感濕表面積減小導(dǎo)致元件的有效感濕表面積減小 - - 使元件的感濕性使元件的感濕性能退化能退化n精度降低精度降低 - - 甚至?xí)?dǎo)致感濕功能喪失甚至?xí)?dǎo)致感濕功能喪失n元件使用過程中元件使用過程中 - - 需對其進(jìn)行加熱清洗需對其進(jìn)行加熱清洗n以便恢復(fù)以便恢復(fù) - - 對水汽的吸附能力對水汽的吸附能力6nSM-1 SM-1 型濕敏元件在加熱清洗時(shí)阻值的瞬態(tài)變化曲線型濕敏元件在加熱清洗時(shí)阻值的瞬態(tài)變化曲線( (圖圖 57)57)7n(3) (3) 濕濕- -氣多功能傳感器元件氣多功能傳感器元件 - - n由由 半導(dǎo)體陶瓷為多孔結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體陶瓷為多孔結(jié)構(gòu)n不

4、僅吸附水汽不僅吸附水汽 - - 且在高溫下某些氧化或還原性氣且在高溫下某些氧化或還原性氣體可以在陶瓷晶粒表面上產(chǎn)生化學(xué)吸附體可以在陶瓷晶粒表面上產(chǎn)生化學(xué)吸附n改變改變 - - 陶瓷體的導(dǎo)電能力陶瓷體的導(dǎo)電能力n這種半導(dǎo)體陶瓷既可測量濕度這種半導(dǎo)體陶瓷既可測量濕度 - - 也可檢測某些還原也可檢測某些還原性氣體性氣體n利用此測量利用此測量 - - 可制成濕可制成濕- -氣多功能元件氣多功能元件242MgCr OTiO242MgCr OTiO8n此種元件結(jié)構(gòu)（圖此種元件結(jié)構(gòu)（圖 55 55 結(jié)構(gòu)相同）的電極材料結(jié)構(gòu)相同）的電極材料 - - 選用多選用多孔的孔的n平均孔徑平均孔徑 - - 約約 1m

5、 1mn電極電極 - - 既可用于加熱清洗既可用于加熱清洗n也可在高溫下檢測氣體時(shí)也可在高溫下檢測氣體時(shí) - - 用于對元件進(jìn)行加熱用于對元件進(jìn)行加熱2RuO9n電極引線為鉑電極引線為鉑(Pt)-(Pt)-銥銥(Ir)(Ir)合金合金 - - 基片上也有短路環(huán)基片上也有短路環(huán)n用以消除用以消除 - - 由吸附電解質(zhì)而造成的漏電由吸附電解質(zhì)而造成的漏電n 多功能元件的感濕特征量（即電阻值）多功能元件的感濕特征量（即電阻值）n隨被測濕度的增加隨被測濕度的增加 - - 而減小而減小n隨還原性氣體吸附量的增加隨還原性氣體吸附量的增加 - - 而增大而增大242MgCr OTiO10n還原性氣體還原性氣

6、體 - - 可以是可以是n硫化氫硫化氫n氨氣氨氣n含有羧基、氨基等的有機(jī)分子含有羧基、氨基等的有機(jī)分子11n綜上所述綜上所述n 多功能元件多功能元件n可在可在 150 150 的溫度下的溫度下 - - 精確地測量相對濕度精確地測量相對濕度n也可在也可在 400 400 500 500 溫度下溫度下 - - 檢測某些還原性檢測某些還原性氣體的質(zhì)量分?jǐn)?shù)氣體的質(zhì)量分?jǐn)?shù)242MgCr OTiO12n(4)(4)濕濕- -溫多功能傳感器元件溫多功能傳感器元件n1) 1) 半導(dǎo)體陶瓷器件半導(dǎo)體陶瓷器件n 多功能敏感原件等效電路圖多功能敏感原件等效電路圖( (圖圖 58)58)33BaTiOSrTiO33B

7、aTiOSrTiO13n 多功能敏感原件等效電路圖多功能敏感原件等效電路圖nC - C - 元件電容元件電容n隨環(huán)境溫度而變化隨環(huán)境溫度而變化nR - R - 元件電阻元件電阻n隨待測環(huán)境濕度而變化隨待測環(huán)境濕度而變化n只要分別測出只要分別測出 - - 元件的電容與電阻值元件的電容與電阻值n可確定可確定 - - 待測的溫度和濕度待測的溫度和濕度33BaTiOSrTiO14n2) 2) 半導(dǎo)體陶瓷器件半導(dǎo)體陶瓷器件n用用 半導(dǎo)體陶瓷制成的濕半導(dǎo)體陶瓷制成的濕- -溫多功能器件溫多功能器件的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu) - - 下圖下圖 5959 342Mn OTiO342Mn OTiO15n2.2.多孔多孔 濕敏

8、傳感器濕敏傳感器n多孔氧化物濕敏傳感器多孔氧化物濕敏傳感器n大多采用多孔大多采用多孔 和多孔和多孔 SiOSiO2 2 濕敏器件濕敏器件 - - 作作為敏感元件為敏感元件n這類濕敏器件這類濕敏器件 - - 通過控制其多孔氧化物膜的厚度通過控制其多孔氧化物膜的厚度（或其它結(jié)構(gòu)參數(shù)）（或其它結(jié)構(gòu)參數(shù)）n可制成可制成 - - 測量絕對濕度或相對濕度的敏感元件測量絕對濕度或相對濕度的敏感元件23Al O23Al O16n1)1)多孔多孔 濕敏傳感器濕敏傳感器n多孔氧化物濕敏器件多孔氧化物濕敏器件 - - 常分常分( (根據(jù)結(jié)構(gòu)形式不同根據(jù)結(jié)構(gòu)形式不同) )n片狀片狀n棒狀棒狀n針狀針狀n3 3 種形式

9、的工作機(jī)理相同種形式的工作機(jī)理相同 - - 其中片狀結(jié)構(gòu)最常見其中片狀結(jié)構(gòu)最常見23Al O17n片狀多孔氧化物濕敏器件結(jié)構(gòu)示意圖片狀多孔氧化物濕敏器件結(jié)構(gòu)示意圖( (圖圖 60)60)18n片狀多孔氧化物濕敏器件結(jié)構(gòu)示意圖片狀多孔氧化物濕敏器件結(jié)構(gòu)示意圖n一個(gè)平板電容一個(gè)平板電容 - - 構(gòu)成構(gòu)成n鋁質(zhì)的基板鋁質(zhì)的基板 4 4n上電極上電極 1 1n多孔氧化物（此處為多孔氧化物（此處為 AlAl2 2O O3 3）膜）膜 2 219n以特殊工藝制成的多孔以特殊工藝制成的多孔 AlAl2 2O O3 3 膜中的氣孔形狀膜中的氣孔形狀n近似為近似為 - - 細(xì)長的圓管細(xì)長的圓管n氣孔氣孔 - -

10、 排列均勻排列均勻n從膜的表面從膜的表面 - - 垂直地通到膜的底部垂直地通到膜的底部n其剖面其剖面 - - 如下圖如下圖20n多孔多孔 AlAl2 2O O3 3 膜的氣孔剖面圖膜的氣孔剖面圖( (圖圖 61)61)21n多孔多孔 AlAl2 2O O3 3 膜的電特性等效電路膜的電特性等效電路( (圖圖 62)62)22n多孔多孔 AlAl2 2O O3 3 膜的電特性等效電路膜的電特性等效電路n上電極與基板之間的電阻和電容上電極與基板之間的電阻和電容 - - 組成組成nR R1 1 - - 氣孔內(nèi)表面電阻，其值取決于吸附在氣孔內(nèi)氣孔內(nèi)表面電阻，其值取決于吸附在氣孔內(nèi)表面上的水分子的數(shù)量表

11、面上的水分子的數(shù)量nR R2 2 - - 氣孔下底到基板間的電阻氣孔下底到基板間的電阻nC C2 2 - - 氣孔下底與鋁基板間的電容氣孔下底與鋁基板間的電容nC C0 0 和和 R R0 0 - - 分別為固態(tài)分別為固態(tài) AlAl2 2O O3 3 介質(zhì)所形成的電容介質(zhì)所形成的電容和介質(zhì)的電阻和介質(zhì)的電阻23n圖示的等效電路的阻抗圖示的等效電路的阻抗0012211111jCRRjCRZ24n所以所以001222200122121221222022222012212222222122122202222222222012212122121111111111j CZRRj CRj C Rj CRR

12、Rj C R RRRj C R Rj C Rj CRRRC R RRRC R RC RCRRRC R RRRC R Rj25n由此由此n上電極與基板之間的電阻上電極與基板之間的電阻 Rp - Rp - 上式中的實(shí)數(shù)項(xiàng)上式中的實(shí)數(shù)項(xiàng)nCp - Cp - 上式中的虛數(shù)項(xiàng)上式中的虛數(shù)項(xiàng)n即即n因此因此 - - 不論電容不論電容 或電阻或電阻 都與都與 有關(guān)有關(guān)22202222212212PC RCCRRC R R2222122122222201221211PRRCR RRRRRCR RpC1RpR26n正如前述正如前述 - - 與氣孔內(nèi)壁所吸附的水分子數(shù)量有關(guān)與氣孔內(nèi)壁所吸附的水分子數(shù)量有關(guān)n與所感

13、受的濕度有關(guān)與所感受的濕度有關(guān)n因此因此 - - 測得測得 或或 就可確定所感受的濕度就可確定所感受的濕度n這是這是 - - 多孔多孔 AlAl2 2O O3 3 濕敏器件工作的機(jī)理濕敏器件工作的機(jī)理1RpCpR27n2)2)硅硅 MOS MOS 型型 AlAl2 2O O3 3 濕敏傳感器濕敏傳感器n硅硅 MOS MOS 型型 AlAl2 2O O3 3 濕敏器件結(jié)構(gòu)示意圖濕敏器件結(jié)構(gòu)示意圖( (圖圖 63)63)28n硅硅 MOS MOS 型型 AlAl2 2O O3 3 濕敏器件濕敏器件 - - 特點(diǎn)特點(diǎn)n(1)(1)響應(yīng)速度快響應(yīng)速度快n(2)(2)化學(xué)穩(wěn)定性好化學(xué)穩(wěn)定性好n(3)(3

14、)承受高溫和低溫的能力強(qiáng)承受高溫和低溫的能力強(qiáng)29n(1)(1)響應(yīng)速度快響應(yīng)速度快n要比一般的要比一般的 AlAl2 2O O3 3 器件器件 - - 快快 5 5 10 10 倍倍n(2)(2)化學(xué)穩(wěn)定性好化學(xué)穩(wěn)定性好n即使在高于即使在高于 9898 的純的純 O O2 2、高于、高于 9 9 的的 COCO2 2、含有、含有 20 mg/mm20 mg/mm3 3 的的 H H2 2S S 和和 1.81.8 3.03.0 的不飽和烴的的不飽和烴的民用煤氣等氣體中測量微量水分時(shí)民用煤氣等氣體中測量微量水分時(shí) - - 都不影響正常都不影響正常使用使用30n(3)(3)承受高溫和低溫的能力強(qiáng)

15、承受高溫和低溫的能力強(qiáng)n可承受可承受 400 400 的高溫的高溫 - - 而不損壞而不損壞n也可承受液氮溫度的沖擊也可承受液氮溫度的沖擊 - - 而無損傷而無損傷31n3.3.硅結(jié)型和硅硅結(jié)型和硅 MOS MOS 型濕敏器件型濕敏器件n(1)(1)結(jié)型濕敏傳感器結(jié)型濕敏傳感器n結(jié)型濕敏傳感器結(jié)型濕敏傳感器 - - 利用肖特基結(jié)或利用肖特基結(jié)或 PN PN 結(jié)二極管反結(jié)二極管反向電流或反向擊穿電壓隨所感受濕度變化而變化制成向電流或反向擊穿電壓隨所感受濕度變化而變化制成的濕敏器件的濕敏器件32nSnOSnO2 2 濕敏二極管結(jié)構(gòu)示意圖濕敏二極管結(jié)構(gòu)示意圖( (圖圖 64)64)33nSnOSnO

16、2 2 濕敏二極管濕敏二極管 - - 置于待測濕度的環(huán)境中時(shí)置于待測濕度的環(huán)境中時(shí)n二極管結(jié)區(qū)邊緣處二極管結(jié)區(qū)邊緣處 - - 會吸附水分子會吸附水分子n若保持若保持 - - 加在二極管上的反向電壓和負(fù)載電阻不變加在二極管上的反向電壓和負(fù)載電阻不變n被測濕度增加時(shí)被測濕度增加時(shí) - - 二極管的反向電流將減小二極管的反向電流將減小n2525，反向偏置電壓為，反向偏置電壓為 50V 50V 的情況下的情況下 - - 二極管的反二極管的反向電流與所測濕度的關(guān)系（圖向電流與所測濕度的關(guān)系（圖 6565）34nSnOSnO2 2 濕敏二極管的濕敏特性曲線濕敏二極管的濕敏特性曲線( (圖圖 65)65)3

17、5n(2)(2)濕敏濕敏 MOS MOS 場效應(yīng)管場效應(yīng)管n一種在一種在 MOS MOS 場效應(yīng)管的柵極上場效應(yīng)管的柵極上 - - 涂覆一層感濕薄膜涂覆一層感濕薄膜n并在感濕薄膜上并在感濕薄膜上 - - 另加一金屬電極構(gòu)成的濕敏器件另加一金屬電極構(gòu)成的濕敏器件n稱稱濕敏濕敏 MOS MOS 場效應(yīng)管場效應(yīng)管或稱或稱表面阻抗測量器件表面阻抗測量器件36n濕敏濕敏 MOS MOS 場效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)示意圖場效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)示意圖( (圖圖 66)66)37nSIM SIM 測試電路圖測試電路圖( (圖圖 67)67)38nSIM SIM 測試電路圖測試電路圖n濕敏濕敏 MOS MOS 場效應(yīng)管場效應(yīng)管n要

18、與另一個(gè)在同一芯片上的、具有相同結(jié)構(gòu)的、作要與另一個(gè)在同一芯片上的、具有相同結(jié)構(gòu)的、作為參照用的為參照用的 MOS MOS 型場效應(yīng)管型場效應(yīng)管 - - 聯(lián)合起來使用聯(lián)合起來使用n連接電路連接電路 - - 圖圖 6767n圖中圖中 - SIM - SIM 為濕敏為濕敏 MOS MOS 場效應(yīng)晶體管場效應(yīng)晶體管39n4.4.其他濕敏傳感器其他濕敏傳感器n(1)(1)氯化鋰濕敏傳感器氯化鋰濕敏傳感器n絕緣的基片上絕緣的基片上 - - 制作一對金屬電極制作一對金屬電極n并在金屬電極上面覆蓋一層并在金屬電極上面覆蓋一層 - - 氯化鋰溶液氯化鋰溶液n由氯化鋰是電解質(zhì)由氯化鋰是電解質(zhì) - - 并有較好的

19、感濕性并有較好的感濕性n便成為便成為 - - 一個(gè)簡單的單片濕敏器件一個(gè)簡單的單片濕敏器件40n氯化鋰濕敏器件的感濕特征量氯化鋰濕敏器件的感濕特征量n兩電極間的電阻兩電極間的電阻 R R，與相對濕度，與相對濕度 RH RH 和環(huán)境溫度和環(huán)境溫度 t t 之間之間 - - 有如下指數(shù)形式關(guān)系有如下指數(shù)形式關(guān)系n - - 起始電阻；起始電阻； - - 濕敏常數(shù)；濕敏常數(shù)； - - 溫度常數(shù)溫度常數(shù)n負(fù)號負(fù)號 - - 器件的電阻隨濕度的增大而減小，隨溫度器件的電阻隨濕度的增大而減小，隨溫度的增高而減小的增高而減小0tRHRR e0R41n典型的氯化鋰濕敏器件典型的氯化鋰濕敏器件 - - 結(jié)構(gòu)形式結(jié)構(gòu)

20、形式n1)1)柱狀氯化鋰濕敏器件柱狀氯化鋰濕敏器件n2)2)片狀氯化鋰濕敏器件片狀氯化鋰濕敏器件42n1)1)柱狀氯化鋰濕敏器件柱狀氯化鋰濕敏器件n柱狀氯化鋰濕敏器件示意圖柱狀氯化鋰濕敏器件示意圖( (圖圖 68)68)43n柱狀氯化鋰濕敏器件示意圖柱狀氯化鋰濕敏器件示意圖n器件的基體是圓筒形支架器件的基體是圓筒形支架 - - 上面涂一層聚苯乙烯薄上面涂一層聚苯乙烯薄膜作為憎水層膜作為憎水層n此薄膜上并排纏繞兩條互相絕緣的金屬線此薄膜上并排纏繞兩條互相絕緣的金屬線 - - 且它且它們的一端分別焊在支架底座上的兩個(gè)插針式接線端們的一端分別焊在支架底座上的兩個(gè)插針式接線端子上作為電極子上作為電極n

21、纏繞的兩根金屬線上纏繞的兩根金屬線上 - - 涂一層聚乙烯醇和氯化鋰的涂一層聚乙烯醇和氯化鋰的混合液混合液n待其干燥后待其干燥后 - - 形成一層阻值隨所感受濕度變化而形成一層阻值隨所感受濕度變化而變化的感濕層變化的感濕層44n2)2)片狀氯化鋰濕敏器件片狀氯化鋰濕敏器件n濕敏電阻結(jié)構(gòu)示意圖濕敏電阻結(jié)構(gòu)示意圖( (圖圖 69)69)45n濕敏電阻結(jié)構(gòu)示意圖濕敏電阻結(jié)構(gòu)示意圖n濕敏電阻濕敏電阻 - - 組成組成n引線引線n基片基片n感濕層感濕層n電極電極46n氯化鋰氯化鋰 - - 常與聚乙烯醇組成混合體常與聚乙烯醇組成混合體n氯化鋰（氯化鋰（LiClLiCl）溶液中）溶液中 - Li - Li

22、和和 Cl Cl 均以正負(fù)離子的均以正負(fù)離子的形式存在形式存在nLiLi+ + - - 對水分子的吸引力強(qiáng)對水分子的吸引力強(qiáng)n離子水合程度高離子水合程度高n溶液中的離子導(dǎo)電能力溶液中的離子導(dǎo)電能力 - - 與質(zhì)量分?jǐn)?shù)成正比與質(zhì)量分?jǐn)?shù)成正比47n溶液置于一定溫濕場中溶液置于一定溫濕場中n若環(huán)境相對濕度高若環(huán)境相對濕度高 - - 溶液將吸收水分，使質(zhì)量分?jǐn)?shù)溶液將吸收水分，使質(zhì)量分?jǐn)?shù)降低降低n因此因此 - - 其溶液電阻率增高其溶液電阻率增高n反之反之 - - 環(huán)境相對濕度變低時(shí)環(huán)境相對濕度變低時(shí)n溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)升高溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)升高 - - 其電阻率下降其電阻率下降, ,實(shí)現(xiàn)對濕度的實(shí)現(xiàn)對濕度的測量測

23、量48n(2) (2) 羧乙基纖維素碳濕敏傳感器羧乙基纖維素碳濕敏傳感器n羧乙基纖維素碳濕敏器件羧乙基纖維素碳濕敏器件n以高分子聚合物為濕敏材料以高分子聚合物為濕敏材料 - - 制成的器件制成的器件n利用羧乙基纖維素吸收水分后體積膨脹的特性利用羧乙基纖維素吸收水分后體積膨脹的特性 - - 制成制成n這種體積具有脹縮性的高分子聚合物中這種體積具有脹縮性的高分子聚合物中 - - 摻入可摻入可導(dǎo)電的微?；螂x子導(dǎo)電的微粒或離子n可將其體積隨所感受濕度而引起的變化可將其體積隨所感受濕度而引起的變化 - - 轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)換為感濕材料的導(dǎo)電性能的變化感濕材料的導(dǎo)電性能的變化49n羧乙基纖維素碳濕敏器件結(jié)構(gòu)示意圖

24、羧乙基纖維素碳濕敏器件結(jié)構(gòu)示意圖( (圖圖 70)70)50n羧乙基纖維素碳濕敏器件結(jié)構(gòu)示意圖羧乙基纖維素碳濕敏器件結(jié)構(gòu)示意圖n丙烯酸塑料的基片上丙烯酸塑料的基片上 - - 用涂刷導(dǎo)電銀漆或真空鍍金、用涂刷導(dǎo)電銀漆或真空鍍金、化學(xué)沉積等方法化學(xué)沉積等方法n兩長邊的邊緣上兩長邊的邊緣上 - - 制成金屬電極制成金屬電極n然后在其上涂一層然后在其上涂一層 - - 由羧乙基纖維素、導(dǎo)電炭黑和由羧乙基纖維素、導(dǎo)電炭黑和潤濕性分散劑組成的浸涂液潤濕性分散劑組成的浸涂液n經(jīng)老化、標(biāo)定后經(jīng)老化、標(biāo)定后 - - 即可使用即可使用51n(3) (3) 高分子電解質(zhì)濕敏器件高分子電解質(zhì)濕敏器件n通過聚合物的化學(xué)反

25、應(yīng)，可將適當(dāng)?shù)墓倌軋F(tuán)引入聚合通過聚合物的化學(xué)反應(yīng)，可將適當(dāng)?shù)墓倌軋F(tuán)引入聚合物中，使所生成的新的聚合物具有某些物中，使所生成的新的聚合物具有某些“功能功能”，這，這種聚合物種聚合物 - - 稱稱功能性高分子聚合物功能性高分子聚合物n若以聚苯乙烯若以聚苯乙烯 - - 作為基片作為基片n在其表面上通過化學(xué)反應(yīng)在其表面上通過化學(xué)反應(yīng) - - 引入一個(gè)酸性基團(tuán)引入一個(gè)酸性基團(tuán)n在聚苯乙烯的表面上在聚苯乙烯的表面上 - - 形成一層酸性陽離子交換形成一層酸性陽離子交換樹脂樹脂52n聚苯乙烯聚苯乙烯n一種具有一定機(jī)械強(qiáng)度和絕緣性能的憎水性高分子聚一種具有一定機(jī)械強(qiáng)度和絕緣性能的憎水性高分子聚合物合物n但在其

26、表面上所形成的酸性陽離子交換樹脂但在其表面上所形成的酸性陽離子交換樹脂 - - 卻是卻是親水性的親水性的n這樣在憎水性的基片表面上這樣在憎水性的基片表面上 - - 制備了一層親水層制備了一層親水層53n高分子電解質(zhì)濕敏器件高分子電解質(zhì)濕敏器件 - - 特點(diǎn)特點(diǎn)n感濕范圍感濕范圍 - - 較寬較寬n濕滯回差濕滯回差 - - 較小較小n吸濕和脫濕時(shí)濕度指示的最大差值吸濕和脫濕時(shí)濕度指示的最大差值 - 3- 3 4 4RHRHn器件器件 - - 穩(wěn)定性較好穩(wěn)定性較好n器件的濕度溫度系數(shù)較大器件的濕度溫度系數(shù)較大 - - 具有負(fù)溫度系數(shù)具有負(fù)溫度系數(shù)54n5.5.濕敏傳感器的應(yīng)用濕敏傳感器的應(yīng)用n(1

27、)(1)自動氣象站遙測自動氣象站遙測n濕敏傳感器濕敏傳感器 - - 廣泛應(yīng)用于自動氣象站的遙測裝置廣泛應(yīng)用于自動氣象站的遙測裝置上上n采用采用 - - 耗電量很低的濕敏元件耗電量很低的濕敏元件n可由蓄電池供電而長期工作可由蓄電池供電而長期工作 - - 幾乎不需要維護(hù)幾乎不需要維護(hù)55n自動氣象站對濕度進(jìn)行遙測的原理框圖自動氣象站對濕度進(jìn)行遙測的原理框圖( (圖圖 71)71)56n(2)(2)濕敏傳感器測試電路濕敏傳感器測試電路n應(yīng)用應(yīng)用 HS15 HS15 濕敏傳感器的測試電路濕敏傳感器的測試電路( (圖圖 72)72)57n主要內(nèi)容主要內(nèi)容n概述概述n半導(dǎo)體氣敏傳感器半導(dǎo)體氣敏傳感器n非電

28、阻式半導(dǎo)體氣敏傳感器非電阻式半導(dǎo)體氣敏傳感器n半導(dǎo)體氣敏傳感器的基本特性半導(dǎo)體氣敏傳感器的基本特性n固體電解質(zhì)氣敏傳感器固體電解質(zhì)氣敏傳感器n氣敏傳感器的應(yīng)用氣敏傳感器的應(yīng)用4.9 4.9 氣敏傳感器氣敏傳感器58n氣敏傳感器氣敏傳感器 - - 主要參數(shù)與特性主要參數(shù)與特性n(1) (1) 靈敏度靈敏度n(2) (2) 響應(yīng)時(shí)間響應(yīng)時(shí)間n(3) (3) 選擇性選擇性n(4) (4) 穩(wěn)定性穩(wěn)定性n(5) (5) 溫度特性溫度特性n(6) (6) 濕度特性濕度特性n(7) (7) 電源電壓特性電源電壓特性4.9.1 4.9.1 概述概述59n(1) (1) 靈敏度靈敏度n靈敏度靈敏度(S) -

29、(S) - 氣敏元件的一個(gè)重要參數(shù)氣敏元件的一個(gè)重要參數(shù)n標(biāo)志氣敏元件對氣體的敏感程度標(biāo)志氣敏元件對氣體的敏感程度 - - 決定測量精度決定測量精度n用阻值變化量用阻值變化量 R R 與氣體濃度變化量與氣體濃度變化量 P P 之比表之比表示示 - S=- S=RRP Pn靈敏度靈敏度 - - 另一種表示方法另一種表示方法n氣敏元件在空氣中的阻值氣敏元件在空氣中的阻值 R R0 0 與被測氣體中的阻值與被測氣體中的阻值 R R 之比之比(K (K 表示表示) - K = R) - K = R0 0RR60n(2) (2) 響應(yīng)時(shí)間響應(yīng)時(shí)間n從氣敏元件與被測氣體接觸，到氣敏元件的阻值達(dá)到從氣敏元件

30、與被測氣體接觸，到氣敏元件的阻值達(dá)到新的恒定值所需要的時(shí)間新的恒定值所需要的時(shí)間 - - 稱稱響應(yīng)時(shí)間響應(yīng)時(shí)間n響應(yīng)時(shí)間響應(yīng)時(shí)間n表示表示 - - 氣敏元件對被測氣體濃度的反應(yīng)速度氣敏元件對被測氣體濃度的反應(yīng)速度61n(3) (3) 選擇性選擇性n多種氣體共存的條件下，氣敏元件區(qū)分氣體種類的能多種氣體共存的條件下，氣敏元件區(qū)分氣體種類的能力力 - - 稱稱選擇性選擇性n對某種氣體對某種氣體 - - 選擇性好選擇性好n表示表示 - - 氣敏元件對它有較高的靈敏度氣敏元件對它有較高的靈敏度n選擇性是氣敏元件的重要參數(shù)選擇性是氣敏元件的重要參數(shù) - - 也是目前較難解決也是目前較難解決的問題之一的問

31、題之一62n(4) (4) 穩(wěn)定性穩(wěn)定性n氣體體積分?jǐn)?shù)不變時(shí)氣體體積分?jǐn)?shù)不變時(shí) - - 若其他條件發(fā)生變化若其他條件發(fā)生變化n規(guī)定的時(shí)間內(nèi)氣敏元件輸出特性維持不變的能力規(guī)定的時(shí)間內(nèi)氣敏元件輸出特性維持不變的能力 - - 稱稱穩(wěn)定性穩(wěn)定性n穩(wěn)定性穩(wěn)定性n表示表示 - - 氣敏元件對于氣體體積分?jǐn)?shù)以外的各種因氣敏元件對于氣體體積分?jǐn)?shù)以外的各種因素的抵抗能力素的抵抗能力63n(5) (5) 溫度特性溫度特性n氣敏元件靈敏度隨溫度變化的特性氣敏元件靈敏度隨溫度變化的特性 - - 稱稱溫度特性溫度特性n溫度有溫度有 - - 元件自身溫度與環(huán)境溫度之分元件自身溫度與環(huán)境溫度之分n兩種溫度兩種溫度 - -

32、對靈敏度都有影響對靈敏度都有影響n元件自身溫度元件自身溫度 - - 對靈敏度的影響相當(dāng)大對靈敏度的影響相當(dāng)大n解決這個(gè)問題的措施之一解決這個(gè)問題的措施之一 - - 采用溫度補(bǔ)償方法采用溫度補(bǔ)償方法64n(6) (6) 濕度特性濕度特性n氣敏元件的靈敏度隨環(huán)境濕度變化的特性氣敏元件的靈敏度隨環(huán)境濕度變化的特性 - - 稱稱濕度濕度特性特性n濕度特性濕度特性 - - 影響檢測精度的另一個(gè)因素影響檢測精度的另一個(gè)因素n解決這個(gè)問題的措施之一解決這個(gè)問題的措施之一 - - 采用濕度補(bǔ)償方法采用濕度補(bǔ)償方法65n(7) (7) 電源電壓特性電源電壓特性n氣敏元件的靈敏度隨電源電壓變化的特性氣敏元件的靈敏

33、度隨電源電壓變化的特性 - - 稱稱電源電源電壓特性電壓特性n為改善這種特性為改善這種特性 - - 需采用恒壓源需采用恒壓源66n氣敏傳感器氣敏傳感器 - - 雖種類甚多但都有基本要求雖種類甚多但都有基本要求n(1)(1)對被測的氣體對被測的氣體 - - 有高靈敏度有高靈敏度n(2)(2)選擇性要好選擇性要好 - - 即對和被測氣體共存的其他氣體不即對和被測氣體共存的其他氣體不敏感敏感n(3)(3)能夠長時(shí)期穩(wěn)定工作能夠長時(shí)期穩(wěn)定工作n(4)(4)檢測或報(bào)警要快檢測或報(bào)警要快 - - 既響應(yīng)速度要快既響應(yīng)速度要快67n半導(dǎo)體氣敏傳感器半導(dǎo)體氣敏傳感器n利用半導(dǎo)體材料與氣體利用半導(dǎo)體材料與氣體

34、- - 相接觸時(shí)相接觸時(shí)n導(dǎo)致半導(dǎo)體電阻和功函數(shù)導(dǎo)致半導(dǎo)體電阻和功函數(shù) - - 會發(fā)生變化的效應(yīng)會發(fā)生變化的效應(yīng)n檢測檢測 - - 氣體成分或體積分?jǐn)?shù)的傳感器氣體成分或體積分?jǐn)?shù)的傳感器4.9.2 4.9.2 半導(dǎo)體氣敏傳感器半導(dǎo)體氣敏傳感器68n半導(dǎo)體氣敏傳感器半導(dǎo)體氣敏傳感器 - - 有有n1.1.電阻式半導(dǎo)體氣敏傳感器電阻式半導(dǎo)體氣敏傳感器n2.2.表面控制型傳感器表面控制型傳感器n3.3.體控制型傳感器體控制型傳感器69n1.1.電阻式半導(dǎo)體氣敏傳感器電阻式半導(dǎo)體氣敏傳感器n電阻式半導(dǎo)體氣敏元件的材料電阻式半導(dǎo)體氣敏元件的材料n多采用多采用 - - 氧化錫和氧化鋅等較難還原的氧化物氧化錫

35、和氧化鋅等較難還原的氧化物n一般在氣敏元件材料內(nèi)一般在氣敏元件材料內(nèi) - - 也會摻入少量的鉑等貴重也會摻入少量的鉑等貴重金屬作為催化劑金屬作為催化劑n以便提高以便提高 - - 檢測的選擇性檢測的選擇性70n常用常用 - - 電阻式半導(dǎo)體氣敏元件的結(jié)構(gòu)類型電阻式半導(dǎo)體氣敏元件的結(jié)構(gòu)類型n燒結(jié)型燒結(jié)型n薄膜型薄膜型n厚膜型厚膜型71n(1) (1) 燒結(jié)型燒結(jié)型n燒結(jié)型氣敏元件的制作燒結(jié)型氣敏元件的制作n敏感材料（敏感材料（SnOSnO2 2、InOInO等）及摻雜劑（等）及摻雜劑（PtPt、PbPb）- - 按一定的配比用水或黏合劑調(diào)和按一定的配比用水或黏合劑調(diào)和n經(jīng)研磨后經(jīng)研磨后 - - 再

36、均勻混合再均勻混合n再用傳統(tǒng)制陶的方法再用傳統(tǒng)制陶的方法 - - 進(jìn)行燒結(jié)進(jìn)行燒結(jié)n燒結(jié)型氣敏元件一般分為燒結(jié)型氣敏元件一般分為 - - 內(nèi)熱式和旁熱式內(nèi)熱式和旁熱式72n燒結(jié)型氣敏元件結(jié)構(gòu)示意圖燒結(jié)型氣敏元件結(jié)構(gòu)示意圖( (圖圖 73)73)73n(2) (2) 薄膜型薄膜型n薄膜型氣敏器件薄膜型氣敏器件 - - 絕緣襯底（如石英晶片）上蒸發(fā)絕緣襯底（如石英晶片）上蒸發(fā)或?yàn)R射上一塊氧化物半導(dǎo)體薄膜（厚度一般為數(shù)微米）或?yàn)R射上一塊氧化物半導(dǎo)體薄膜（厚度一般為數(shù)微米）制成制成( (圖圖 74)74)n薄膜型結(jié)構(gòu)的氣敏器件薄膜型結(jié)構(gòu)的氣敏器件n優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn) - - 機(jī)械強(qiáng)度較高、產(chǎn)量高、成本低機(jī)械強(qiáng)度

37、較高、產(chǎn)量高、成本低n缺點(diǎn)缺點(diǎn) - - 器件的性能與工藝條件和薄膜的物理化學(xué)器件的性能與工藝條件和薄膜的物理化學(xué)狀態(tài)有關(guān)，故各元件間一致性較差狀態(tài)有關(guān)，故各元件間一致性較差74n薄膜型原件結(jié)構(gòu)示意圖薄膜型原件結(jié)構(gòu)示意圖( (圖圖 74)74)75n(3) (3) 厚膜型厚膜型n用厚膜工藝制作的器件用厚膜工藝制作的器件n靈敏度與燒結(jié)型器件相當(dāng)靈敏度與燒結(jié)型器件相當(dāng) - - 機(jī)械強(qiáng)度較高機(jī)械強(qiáng)度較高n器件的一致性較好器件的一致性較好 - - 適宜批量生產(chǎn)適宜批量生產(chǎn)n一種很有前途的器件一種很有前途的器件76n厚膜型原件結(jié)構(gòu)示意圖厚膜型原件結(jié)構(gòu)示意圖( (圖圖 75)75)77n2.2.表面控制型傳

38、感器表面控制型傳感器n(1) (1) 氧化錫（氧化錫（SnOSnO2 2）類元件）類元件n氧化錫氧化錫 - - 典型的典型的 N N 型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體n氧化錫類多孔質(zhì)燒結(jié)體氣敏元件氧化錫類多孔質(zhì)燒結(jié)體氣敏元件 - - 目前廣泛應(yīng)用目前廣泛應(yīng)用的一類元件的一類元件n由氯化錫（由氯化錫（SnClSnCl4 4）和氧化錫粉末）和氧化錫粉末 - - 在溫度在溫度 700 700 900 900 下燒結(jié)制成下燒結(jié)制成78n添加有添加有 ThOThO2 2 的的 SnOSnO2 2 氣敏原件在不同體積分?jǐn)?shù)氣敏原件在不同體積分?jǐn)?shù)的的 CO CO 氣體中的振蕩波形氣體中的振蕩波形( (圖圖 76)76)79n

39、添加有添加有 ThOThO2 2 的元件的元件 - - 在檢測一氧化碳（在檢測一氧化碳（COCO）時(shí)）時(shí)n靈敏度有隨時(shí)間振蕩的現(xiàn)象靈敏度有隨時(shí)間振蕩的現(xiàn)象 - - 圖圖 7676n靈敏度的振蕩頻率和振幅靈敏度的振蕩頻率和振幅 - - 與被測氣體的濃度有關(guān)與被測氣體的濃度有關(guān)n如如 - - 圖圖 7777n可利用此現(xiàn)象可利用此現(xiàn)象 - - 對對 CO CO 體積分?jǐn)?shù)作較為精確的定量體積分?jǐn)?shù)作較為精確的定量檢測檢測80n振蕩頻率和振幅與振蕩頻率和振幅與 CO CO 體積分?jǐn)?shù)的關(guān)系體積分?jǐn)?shù)的關(guān)系( (圖圖 77)77)81n(2) (2) 氧化鋅（氧化鋅（ZnOZnO）類元件）類元件n氧化鋅類氣敏元

40、件氧化鋅類氣敏元件 - - 對還原性氣體有較高的靈敏度對還原性氣體有較高的靈敏度n但工作溫度但工作溫度 - - 要比氧化錫類氣敏元件高要比氧化錫類氣敏元件高 100100n因此因此 - - 其應(yīng)用不如氧化錫類氣敏元件普遍其應(yīng)用不如氧化錫類氣敏元件普遍82n為提高為提高 - - 元件的選擇性元件的選擇性n氧化錫類氣敏元件氧化錫類氣敏元件 - - 需要添加鉑（需要添加鉑（PtPt）和鈀（）和鈀（PdPd）等金屬作為催化劑等金屬作為催化劑n添加劑的成分與含量等添加劑的成分與含量等n也會影響也會影響 - - 元件的選擇性元件的選擇性83n如如 - - 元件中添加鈀（元件中添加鈀（PdPd） n對對 C

41、O CO 呈現(xiàn)呈現(xiàn) - - 高靈敏度高靈敏度n而對而對 C C4 4H H1010、C C3 3H H8 8、C C2 2H H6 6 等烷炔類氣體的靈敏度等烷炔類氣體的靈敏度 - - 很很低低n如如 - - 圖圖 78 a78 a）84n如如 - - 添加鉑（添加鉑（PtPt）n對烷炔類氣體對烷炔類氣體 - - 呈現(xiàn)高的靈敏度呈現(xiàn)高的靈敏度n且含碳量越高且含碳量越高 - - 靈敏度越高靈敏度越高n相反相反n對對 H H2 2、CO CO 等氣體等氣體 - - 靈敏度很低靈敏度很低( (圖圖 78 b78 b）) )85nZnO ZnO 類氣敏元件靈敏度曲線類氣敏元件靈敏度曲線( (圖圖 78

42、)78)86n3.3.體控制型傳感器體控制型傳感器n體控制型傳感器體控制型傳感器 - - 由半導(dǎo)體體內(nèi)晶格發(fā)生變化而引由半導(dǎo)體體內(nèi)晶格發(fā)生變化而引起電阻發(fā)生變化的氣敏傳感器起電阻發(fā)生變化的氣敏傳感器n對于對于 - - 易還原的氧化物半導(dǎo)體易還原的氧化物半導(dǎo)體n較低溫度下較低溫度下 - - 半導(dǎo)體的晶格缺陷隨易燃性氣體而半導(dǎo)體的晶格缺陷隨易燃性氣體而變化變化n對于對于 - - 難還原的氧化物半導(dǎo)體難還原的氧化物半導(dǎo)體n較高溫度下，晶格缺陷濃度也會發(fā)生變化較高溫度下，晶格缺陷濃度也會發(fā)生變化 - - 最終最終導(dǎo)致電導(dǎo)率發(fā)生變化導(dǎo)致電導(dǎo)率發(fā)生變化87n非電阻式半導(dǎo)體氣敏傳感器非電阻式半導(dǎo)體氣敏傳感器

43、 - - 有有nFET FET 型氣敏傳感器型氣敏傳感器n二極管氣敏傳感器二極管氣敏傳感器4.9.3 4.9.3 非電阻式半導(dǎo)體氣敏傳感器非電阻式半導(dǎo)體氣敏傳感器88n1.FET 1.FET 型氣敏傳感器型氣敏傳感器nMOSFET MOSFET 場效應(yīng)晶體管場效應(yīng)晶體管 - - 通過柵極外加電場來控制漏通過柵極外加電場來控制漏極電流極電流nFET FET 型氣敏傳感器型氣敏傳感器 - - 利用環(huán)境氣體對場效應(yīng)管的這利用環(huán)境氣體對場效應(yīng)管的這種控制作用的影響制成種控制作用的影響制成n普通普通 MOSFET MOSFET 的的 SiOSiO2 2 層層 - - 做得很薄做得很薄n并在柵極鍍上一層很

44、?。ú⒃跂艠O鍍上一層很?。?0nm10nm）的）的 Pd - Pd - 可用來檢可用來檢測空氣中的氫氣（測空氣中的氫氣（H H2 2）89n2.2.二極管氣敏傳感器二極管氣敏傳感器n若二極管的金屬膜與半導(dǎo)體的界面若二極管的金屬膜與半導(dǎo)體的界面 - - 吸附著能對半吸附著能對半導(dǎo)體禁帶寬度或金屬功函數(shù)產(chǎn)生影響的氣體導(dǎo)體禁帶寬度或金屬功函數(shù)產(chǎn)生影響的氣體n二極管的整流性能二極管的整流性能 - - 會發(fā)生變化會發(fā)生變化n若摻雜銦（若摻雜銦（InIn）的硫化鉻上）的硫化鉻上 - - 蒸發(fā)一層很薄的鈀蒸發(fā)一層很薄的鈀（PdPd）膜）膜n會形成會形成 - - 能用來檢測氫氣（能用來檢測氫氣（H H2 2）

45、的鈀硫化鉻二極）的鈀硫化鉻二極管氣敏傳感器管氣敏傳感器90n工作原理工作原理n氫氣（氫氣（H H2 2）的體積分?jǐn)?shù)急劇升高時(shí)）的體積分?jǐn)?shù)急劇升高時(shí) - - 吸附在鈀（吸附在鈀（PdPd）表面的氧氣（表面的氧氣（O O2 2）會由于氫氣體積分?jǐn)?shù)的增高而解脫）會由于氫氣體積分?jǐn)?shù)的增高而解脫吸附吸附n使肖特基勢壘降低使肖特基勢壘降低 - - 結(jié)果使正向偏置下的電流急結(jié)果使正向偏置下的電流急劇增大劇增大n故一定偏置下故一定偏置下 - - 通過測量電流值即可得知?dú)錃獾耐ㄟ^測量電流值即可得知?dú)錃獾捏w積分?jǐn)?shù)體積分?jǐn)?shù)91n1.1.初期恢復(fù)特性初期恢復(fù)特性n2.2.初期穩(wěn)定特性初期穩(wěn)定特性n3.3.靈敏度特性靈

46、敏度特性n4.4.選擇性選擇性n5.5.時(shí)效性和互換性時(shí)效性和互換性n6.6.環(huán)境依賴性環(huán)境依賴性4.9.4 4.9.4 半導(dǎo)體氣敏傳感器的基本特性半導(dǎo)體氣敏傳感器的基本特性92n1.1.初期恢復(fù)特性初期恢復(fù)特性n氣敏元件在短期不通電狀態(tài)下存放后氣敏元件在短期不通電狀態(tài)下存放后 - - 再通電時(shí)再通電時(shí)n不能不能 - - 馬上正常工作馬上正常工作n阻值會先有一個(gè)急劇變化阻值會先有一個(gè)急劇變化 - - 然后逐漸趨于穩(wěn)定值然后逐漸趨于穩(wěn)定值n氣敏元件的這種特性氣敏元件的這種特性 - - 稱稱初期恢復(fù)特性初期恢復(fù)特性93n初期恢復(fù)特性初期恢復(fù)特性n一般用一般用 - - 初期恢復(fù)時(shí)間來進(jìn)行衡量初期恢復(fù)

47、時(shí)間來進(jìn)行衡量n初期恢復(fù)時(shí)間初期恢復(fù)時(shí)間n氣敏元件從通電開始到元件阻值達(dá)到穩(wěn)定氣敏元件從通電開始到元件阻值達(dá)到穩(wěn)定 - - 所用所用的時(shí)間的時(shí)間n與元件種類、存放時(shí)間和存放環(huán)境與元件種類、存放時(shí)間和存放環(huán)境 - - 有關(guān)有關(guān)94n2.2.初期穩(wěn)定特性初期穩(wěn)定特性n電阻式氣敏元件電阻式氣敏元件 - - 長時(shí)間不通電存放長時(shí)間不通電存放n阻值將比初始穩(wěn)定值阻值將比初始穩(wěn)定值 - - 要高要高 2020 左右左右n通電開始到一定時(shí)間后通電開始到一定時(shí)間后 - - 元件電阻才恢復(fù)到初始時(shí)元件電阻才恢復(fù)到初始時(shí)電阻值并穩(wěn)定下來電阻值并穩(wěn)定下來n一般通電開始到元件阻值達(dá)到穩(wěn)定的時(shí)間一般通電開始到元件阻值達(dá)

48、到穩(wěn)定的時(shí)間 - - 稱稱初期初期穩(wěn)定時(shí)間穩(wěn)定時(shí)間n用以表示用以表示 - - 氣敏元件的初期穩(wěn)定性氣敏元件的初期穩(wěn)定性95n工作中工作中 - - 氣敏元件氣敏元件n有有 - - 一定的溫度要求一定的溫度要求n通過通過 - - 加熱來滿足加熱來滿足n不同的元件不同的元件 - - 加熱過程中加熱過程中n需要需要 - - 經(jīng)過一段過渡性變化經(jīng)過一段過渡性變化n才能達(dá)到才能達(dá)到 - - 其穩(wěn)定阻值其穩(wěn)定阻值96n氣敏元件氣敏元件 - - 初期穩(wěn)定時(shí)間初期穩(wěn)定時(shí)間n隨元件種類和表面溫度不同隨元件種類和表面溫度不同 - - 而異而異n一般一般n直熱式氣敏元件的初期穩(wěn)定時(shí)間直熱式氣敏元件的初期穩(wěn)定時(shí)間 -

49、- 較長較長n旁熱式氣敏元件的初期穩(wěn)定時(shí)間旁熱式氣敏元件的初期穩(wěn)定時(shí)間 - - 較短較短97n3.3.靈敏度特性靈敏度特性n氣敏元件輸出電阻值與待測氣體體積分?jǐn)?shù)之間的關(guān)系氣敏元件輸出電阻值與待測氣體體積分?jǐn)?shù)之間的關(guān)系曲線曲線 - - 氣敏元件的體積分?jǐn)?shù)特性氣敏元件的體積分?jǐn)?shù)特性n對應(yīng)于曲線上某點(diǎn)的斜率大小對應(yīng)于曲線上某點(diǎn)的斜率大小n即代表即代表 - - 氣敏元件的靈敏度氣敏元件的靈敏度98n元件阻值與待檢測氣體濃度元件阻值與待檢測氣體濃度 - - 具有如下關(guān)系具有如下關(guān)系n式中式中n - - 元件阻值元件阻值n - - 氣體體積分?jǐn)?shù)氣體體積分?jǐn)?shù)nm m、n - n - 常數(shù)常數(shù)nm - m -

50、 代表元件對于氣體體積分?jǐn)?shù)變化的敏感性，又代表元件對于氣體體積分?jǐn)?shù)變化的敏感性，又稱稱氣體分離能氣體分離能n對于可燃性氣體對于可燃性氣體 - m - m 值介于值介于 1/2 1/2 1/3 1/3nn - n - 與檢測氣體靈敏度有關(guān)與檢測氣體靈敏度有關(guān)csRncmRsloglog99n常見常見 - - 燒結(jié)型燒結(jié)型 SnOSnO2 2 氣敏元件氣敏元件n一般低體積分?jǐn)?shù)氣體中一般低體積分?jǐn)?shù)氣體中 - - 靈敏度高，阻值變化明顯靈敏度高，阻值變化明顯n高體積分?jǐn)?shù)氣體中高體積分?jǐn)?shù)氣體中 - - 元件的阻值趨于穩(wěn)定值元件的阻值趨于穩(wěn)定值n非常適于檢測非常適于檢測 - - 低濃度微量氣體低濃度微量氣

51、體n被用來檢查被用來檢查 - - 可燃?xì)怏w的泄露和定限報(bào)警等場合可燃?xì)怏w的泄露和定限報(bào)警等場合100n4.4.選擇性選擇性n反映反映 - - 元件對待測或共存氣體相對靈敏度的大小元件對待測或共存氣體相對靈敏度的大小n由氣敏半導(dǎo)體由氣敏半導(dǎo)體 - - 對于各種還原性氣體的靈敏度很接對于各種還原性氣體的靈敏度很接近近n元件制作過程中元件制作過程中 - - 需采用不同的方法需采用不同的方法n并選擇恰當(dāng)?shù)墓ぷ鳒囟炔⑦x擇恰當(dāng)?shù)墓ぷ鳒囟?- - 以滿足不同應(yīng)用場合的以滿足不同應(yīng)用場合的需要需要101n5.5.時(shí)效性和互換性時(shí)效性和互換性n電阻式氣敏元件電阻式氣敏元件 - - 由于在較高溫度等惡劣環(huán)境下長由

52、于在較高溫度等惡劣環(huán)境下長期使用后會造成氣敏特性漂移期使用后會造成氣敏特性漂移n同時(shí)傳統(tǒng)元件參數(shù)性能分散，互換性差同時(shí)傳統(tǒng)元件參數(shù)性能分散，互換性差 - - 會對實(shí)用會對實(shí)用帶來很大不便帶來很大不便n一般用時(shí)效性來表征一般用時(shí)效性來表征 - - 元件氣敏特性穩(wěn)定程度的時(shí)元件氣敏特性穩(wěn)定程度的時(shí)間間n用互換性來表征用互換性來表征 - - 同一型號元件之間氣敏特性的一同一型號元件之間氣敏特性的一致性致性102n6.6.環(huán)境依賴性環(huán)境依賴性n環(huán)境對元件特性的影響環(huán)境對元件特性的影響 - - 主要有主要有n其一其一 - - 待測氣體的溫度或濕度引起氣體體積分?jǐn)?shù)變待測氣體的溫度或濕度引起氣體體積分?jǐn)?shù)變化

53、造成的化造成的n其二其二 - - 由環(huán)境的溫度或濕度變化造成元件特性漂移由環(huán)境的溫度或濕度變化造成元件特性漂移造成的造成的103n固體電解質(zhì)固體電解質(zhì)n不是由電子傳導(dǎo)，而是由離子（陽離子或陰離子）傳不是由電子傳導(dǎo)，而是由離子（陽離子或陰離子）傳導(dǎo)的材料導(dǎo)的材料 - - 稱稱固體電解質(zhì)固體電解質(zhì)n固體電解質(zhì)固體電解質(zhì) - - 有有n濃差電池型氣敏傳感器濃差電池型氣敏傳感器n組合電位型氣敏傳感器組合電位型氣敏傳感器4.9.5 4.9.5 固體電解質(zhì)氣敏傳感器固體電解質(zhì)氣敏傳感器104n1.1.濃差電池型氣敏傳感器濃差電池型氣敏傳感器n這類傳感器中最典型的是這類傳感器中最典型的是 - - 穩(wěn)定型氧化

54、鋯（穩(wěn)定型氧化鋯（ZrOZrO2 2- -Y Y2 2O O3 3）的氧傳感器）的氧傳感器n穩(wěn)定性氧化鋯穩(wěn)定性氧化鋯 - CaO- CaO、MgOMgO、Y Y2 2O O3 3 等固溶于等固溶于 ZrOZrO2 2 中中的一類材料的一類材料n氧化鋯的兩側(cè)氧化鋯的兩側(cè) - - 裝上不電解的鉑電極裝上不電解的鉑電極n兩個(gè)電極處的氧的化學(xué)位不相同時(shí)，兩電極間產(chǎn)生兩個(gè)電極處的氧的化學(xué)位不相同時(shí)，兩電極間產(chǎn)生濃差電動勢濃差電動勢 - - 因此稱因此稱濃差電池型氣敏傳感器濃差電池型氣敏傳感器105n濃差電池型氣敏傳感器濃差電池型氣敏傳感器n濃差電池型氣敏傳感器濃差電池型氣敏傳感器 - - 以氣相處于平衡

55、狀態(tài)為前以氣相處于平衡狀態(tài)為前提提n如如n空氣與氧混合的情況下空氣與氧混合的情況下 - - 可測出兩者反應(yīng)后達(dá)到可測出兩者反應(yīng)后達(dá)到平衡時(shí)的氣氛平衡時(shí)的氣氛n一般一般 - - 很難在低于很難在低于 400 400 的環(huán)境中使用的環(huán)境中使用n已研制成的這類傳感器已研制成的這類傳感器 - - 用于汽車發(fā)動機(jī)空燃比用于汽車發(fā)動機(jī)空燃比控制的氧傳感器控制的氧傳感器106n2.2.組合電位型氣敏傳感器組合電位型氣敏傳感器n用濃差電池型固體電解質(zhì)氣敏傳感器來檢測用濃差電池型固體電解質(zhì)氣敏傳感器來檢測 - - 空氣空氣和可燃性氣體的混合物時(shí)和可燃性氣體的混合物時(shí)n難于產(chǎn)生氣相平衡的條件下難于產(chǎn)生氣相平衡的條

56、件下 - - 很難測準(zhǔn)很難測準(zhǔn)n有時(shí)在不平衡的條件下產(chǎn)生的濃差電動勢有時(shí)在不平衡的條件下產(chǎn)生的濃差電動勢 - - 甚至甚至大于平衡后產(chǎn)生的電動勢大于平衡后產(chǎn)生的電動勢n這種異常電位這種異常電位 - - 隨溫度、電極的催化、氣體的種隨溫度、電極的催化、氣體的種類等不同有很大的差異類等不同有很大的差異107n若在穩(wěn)定的氧化鋯兩側(cè)所裝的鉑電極之一若在穩(wěn)定的氧化鋯兩側(cè)所裝的鉑電極之一 - - 用用氧化催化劑覆蓋氧化催化劑覆蓋n這種元件與含有這種元件與含有 CO CO 的空氣接觸時(shí)的空氣接觸時(shí) - - 可得到較大的可得到較大的濃差電動勢濃差電動勢n因元件工作溫度在因元件工作溫度在 300 300 以下時(shí)

57、以下時(shí) - - 在催化劑催化一在催化劑催化一側(cè)的電極上側(cè)的電極上 CO CO 被氧化形成幾乎與空氣相同的氧化氣被氧化形成幾乎與空氣相同的氧化氣氛，顯然該電極是作為普通氧電極來工作的氛，顯然該電極是作為普通氧電極來工作的n但另一鉑電極則由但另一鉑電極則由 CO CO 的電化學(xué)氧化而變成組合電極的電化學(xué)氧化而變成組合電極 - - 這樣的電器敏感傳感器稱這樣的電器敏感傳感器稱組合電位型氣敏傳感器組合電位型氣敏傳感器108n1.1.氣敏傳感器的應(yīng)用范圍氣敏傳感器的應(yīng)用范圍n(1)(1)按照用途按照用途n(2)(2)按照檢測氣體的對象按照檢測氣體的對象4.9.6 4.9.6 氣敏傳感器的應(yīng)用氣敏傳感器的

58、應(yīng)用109n(1)(1)按照用途按照用途n按照用途按照用途 - - 利用半導(dǎo)體氣敏傳感器可做成如下儀器利用半導(dǎo)體氣敏傳感器可做成如下儀器n1)1)檢漏儀（或稱探測器）檢漏儀（或稱探測器）n2)2)報(bào)警器報(bào)警器n3)3)自動控制儀器自動控制儀器n4)4)測試儀器測試儀器110n1)1)檢漏儀（或稱探測器）檢漏儀（或稱探測器）n利用氣敏傳感器的氣敏特性利用氣敏傳感器的氣敏特性 - - 將其作為氣將其作為氣 - - 電轉(zhuǎn)換電轉(zhuǎn)換元件元件n再配以相應(yīng)的電路、指示儀表或聲光顯示部分再配以相應(yīng)的電路、指示儀表或聲光顯示部分 - - 組組成的氣體探測儀器成的氣體探測儀器n此類儀器此類儀器 - - 一般均要求

59、有高靈敏度一般均要求有高靈敏度111n2)2)報(bào)警器報(bào)警器n對泄露的氣體達(dá)到限值時(shí)對泄露的氣體達(dá)到限值時(shí) - - 能自動進(jìn)行報(bào)警的儀器能自動進(jìn)行報(bào)警的儀器n3)3)自動控制儀器自動控制儀器n利用氣敏傳感器的氣敏特性來實(shí)現(xiàn)利用氣敏傳感器的氣敏特性來實(shí)現(xiàn) - - 電氣設(shè)備自動電氣設(shè)備自動控制的儀器控制的儀器n如如 - - 換氣扇自動換氣控制等換氣扇自動換氣控制等112n4)4)測試儀器測試儀器n利用氣敏傳感器利用氣敏傳感器 - - 對不同氣體具有不同的體積分?jǐn)?shù)對不同氣體具有不同的體積分?jǐn)?shù)特性（即元件電阻特性（即元件電阻 - - 氣體體積分?jǐn)?shù)關(guān)系）來測量、氣體體積分?jǐn)?shù)關(guān)系）來測量、確定氣體種類和體積

60、分?jǐn)?shù)確定氣體種類和體積分?jǐn)?shù)n此種儀器此種儀器 - - 對氣敏傳感器的性能有較高的要求對氣敏傳感器的性能有較高的要求n測試部分測試部分 - - 要有高精度測量電路要有高精度測量電路113n(2)(2)按照檢測氣體的對象按照檢測氣體的對象n按照檢測氣體的對象利用半導(dǎo)體氣敏傳感器按照檢測氣體的對象利用半導(dǎo)體氣敏傳感器 - - 可做可做成如下儀器成如下儀器n1)1)特定氣體的檢測儀器特定氣體的檢測儀器n2)2)混合氣體的選擇性檢測儀器混合氣體的選擇性檢測儀器n3)3)環(huán)境氣氛的檢測儀器環(huán)境氣氛的檢測儀器114n1)1)特定氣體的檢測儀器特定氣體的檢測儀器n利用氣敏傳感器利用氣敏傳感器 - - 對某種特