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分解
半導體氣體傳感器知識
02
半導體氣體傳感器
什麼是半導體傳感器？
半導體傳感器(semiconductor transducer)是指利用半導體材料的各種物理、化學和生物學特性製成的傳感器。所採用的半導體材料多數是硅以及Ⅲ-Ⅴ族和 Ⅱ-Ⅵ族元素化合物。半導體傳感器種類繁多，它利用近百種物理效應和材料的特性，具有類似於人眼、耳、鼻、舌、皮膚等多種感覺功能。
什麼是半導體氣體傳感器？
半導體氣體傳感器是利用半導體氣敏元件作為敏感元件的氣體傳感器，是最常見的氣體傳感器，廣泛應用於家庭和工廠的可燃氣體洩露檢測裝置，適用於甲烷、液化氣、氫氣等的檢測。
半導體氣體傳感器原理：
在一定的溫度條件下，被測氣體到達半導體敏感材料表面時將與其表面吸附的氧發生化學反應,並導致半導體敏感材料電阻發生變化，其電阻變化率與被測氣體濃度呈指數關係，通過測量電阻的變化即可測得氣體濃度。
單支半導體氣體傳感器通過選擇性催化、物理或化學分離等方式在已知環境中可以實現對氣體的有限識別。大規模半導體氣體傳感器陣列可以實現對未知環境中氣體種類的精確識別。
半導體氣體傳感器分類
半導體顧名思義是電導率介於絕緣體與導體之間的物質。
半導體氣體傳感器的敏感材料就這麼一種物質。
☆ 按照傳感器所使用的敏感材料的差異可分為：SnO2、ZnO、WO3、Fe2O3等型；
☆ 按傳感器內部結構的差異可分為：管狀旁熱式、平面旁熱式、直熱式、常溫式以及MEMS式五類。
※ 當加熱器與半導體材料為隔離狀態時，這一類結構的傳感器就是旁熱式氣體傳感器，旁熱式又可分為管狀旁熱式(見圖a)和平面旁熱式(見圖b)兩種。
※ 當加熱器與半導體材料直接接觸時，這一類結構的傳感器即為直熱式氣體傳感器(見圖c)。
※ 不需要附加加熱器的傳感器就是自加熱式傳感器(見圖d)。
常見的氣體敏感材料分為表面控制型和體控制型。表面控制即電阻由晶粒表面和晶粒晶界控制，體控制即電阻由晶粒尺寸和載流子濃度控制。
用於氣體傳感器的半導體材料除具有半導體的屬性外還需要具備以下條件：
a、易獲得；
b、在較低溫度下對氧氣和目標氣體有很好的吸附能力；
c、自身有良好催化特性；
d、機械結構可調；
e、電性能可調；
f、燒結性能好；
g、氧氣和被測氣體在室溫或一定的溫度條件下，在其表面有很好的化學反應能力並在該溫度下對反應產物有較好的脫附能力；
h、與其它輔助材料成型後有較好的相融性、化學穩定性並有適合的微缺陷等，符合這種條件的常見材料有二氧化錫、氧化鎢、氧化銦、偏錫酸鋅等。
這裡最重要的是概念與性能的對應關係：溫度-功耗、漂移；吸附及化學反應-靈敏度、選擇性、漂移、線性、初始穩定時間以及響應時間；脫附-恢復時間。
半導體類傳感器應用
半導體傳感器特點：
半導體傳感器優點：廉價、耐用、設計及製造過程簡單。
半導體傳感器弱點: 功耗大、漂移、線性差。
無論其優點還是弱點均與上述對應關係相關。如漂移：傳感器會吸附氧氣，當氧氣濃度變化時(如雨天，氧濃度變小)，吸附量會變化，零點必會漂啊漂。
總之半導體傳感器的優缺點首先是由其工作原理決定的，是先天的。後天的設計、製造可以改善，但不能消除。
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