半导体氧化物SnO2气敏元件研制中的几个有关机理问题

采用半导体氧化物S_nO_2材料,烧结工艺所生产的气敏元件,对被测气体有较高的灵敏度,在被检测气体含量只有十几到几百PPm时,气敏元件的阻值就可以产生很大的变化,这种阻值变化只要接上简单的电路就可以变换为电压的变化而测量出来。采用SnO_2气敏元件制成的检测仪器有较高的灵敏度、电路简单、造价低廉、使用方便等优点。因此一直处于半导体氧化物电阻式气敏传感器的主流。 SnO_2气敏元件在稳定性、互换性、定量检测以及对不同气体有较理想的选择性等方面,问题还尚未很好解决。其主要原因是导电机理表面效应牵涉的因素复杂所致。有待进一步研究。     

准分子激光对掺杂SnO2气敏元件性能的影响

一定能量密度的准分子激光作用于掺杂ＳｎＯ２烧结型气敏元件敏感材料表面后，元件性能发生了显著的变化。元件电阻和对气体的灵敏度比作用前有明显的增加，同时材料表面颜色生变化，分析认为该过程中由于短脉冲的准分子激光作用，使ＳｎＯ２材料快速升温熔化并快速冷凝重构，导致表面变性，从而引起了材料电性能和气体敏感性能的变化。     

SnO_2基CO气敏材料的制备与掺杂研究

以溶胶–凝胶法制备的SnO2纳米材料为基,采用Sb2O3掺杂改性,制备出CO气敏材料。用XRD分析了材料的结构、物相和颗粒度。通过同步TGA/DSC热重分析的方法分析了材料的稳定性。结果表明:掺入w(Sb2O3)为2%时,可以抑制晶粒度的长大,同时提高了材料的稳定性。工作温度在90~110℃变化时,气敏元件电阻值波动不大((R10R20) /R10= 12%)。R10和R20分别表示元件在空气中90℃和110℃时的阻值。     

制备工艺对厚膜SnO_2气敏元件性能的影响

采用平面丝网印刷技术制备不同厚度的 Sn O2 厚膜气敏试样 ,在不同温度下进行热处理后 ,测量试样对乙醇气体的灵敏度 ,研究热处理温度及敏感膜厚度等对元件性能的影响。结果表明 ,热处理温度和膜厚的均匀性会影响元件的电阻值和灵敏度 ,准确控制热处理温度和膜厚能显著改善元件的灵敏度和一致性。     

La0.7Sr0.3FeO3对SnO2基CO气敏元件性能的影响

采用柠檬酸盐法合成纳米晶La0.7Sr0.3FeO3。为考察其对以SnO2为基体材料的一氧化碳气敏元件性能的影响,将一定质量分数的(1%、3%、5%)La0.7Sr0.3FeO3作为掺杂剂掺入SnO2粉体中。测试结果表明,La0.7Sr0.3FeO3的掺入改善了气敏元件的长期稳定性,同时提高了元件对CO气体的灵敏度,经10 d的老化后,80 d内元件阻值变化不超过±10%。用4A分子筛对元件进行表面修饰,改善了元件的选择性。     

实现气敏元件高选择性的一种方法

本文提出一种提高半导体电阻式气敏元件选择性的新方法。这种方法的基本出发点是互补反馈原理。这种新型气敏元件的结构与原有的不同,由两种不同特性的敏感体组合而成,其组合方式可以是N-N,P-P,N-P等。文中给出了有关的理论讨论和在此理论指导下制作的高选择性乙醇气敏、丁烷气敏元件的实验结果,证明此理论是正确的。     

MOD－SnO_2酒敏元件研制

采用金属有机物热分解（ＭＯＤ）法制备了ＳｎＯ_２酒敏元件，ＸＲＤ和ＡＥＳ谱表明热处理后己酸亚锡已转化为ＳｎＯ_２。此外还证实ＳｎＯ_２元件的内电势是加热丝偏位引起的热电势。元件的主要技术指标为：灵敏度＞８，选择性＞６，响应时间＜５ｓ，恢复时间＜３０ｓ。     

MOD－SnO_2酒敏元件研制

采用金属有机物热分解（ＭＯＤ）法制备了ＳｎＯ_２酒敏元件，ＸＲＤ和ＡＥＳ谱表明热处理后己酸亚锡已转化为ＳｎＯ_２。此外还证实ＳｎＯ_２元件的内电势是加热丝偏位引起的热电势。元件的主要技术指标为：灵敏度＞８，选择性＞６，响应时间＜５ｓ，恢复时间＜３０ｓ。     

SnO2纳米晶薄膜栅FET式气敏元件的研制

利用溶胶－凝胶法合成出纳米晶ＳｎＯ２薄膜,该薄膜可以利用化学腐蚀方法光刻腐蚀,因此采用传统硅平面工艺可以制作出纳米晶ＳｎＯ２薄膜栅ＦＥＴ式气敏元件,实现了制备纳米晶材料的溶胶－凝胶工艺与硅平面工艺的兼容。对器件的测试结果表明,纳米晶ＳｎＯ２薄膜栅ＦＥＴ式气敏元件可以在常温下工作,元件的漏电流在乙醇气体中减小,掺杂镧以后,漏电流变化幅度增大。     

WO3的气敏特性研究

通过实验,结合气敏元件分析方法,对WO3气敏元件的气敏特性、响应与恢复时间、电阻特性、初期驰豫特性进行了系统分析。为进一步开发研制WO3气敏元件提供了可靠的数据。     

掺杂改善SnO_2甲醛气敏元件灵敏度特性的研究

用纳米SnO2制作了旁热式气敏元件。用掺杂方法提高SnO2甲醛气敏元件的灵敏度,掺杂剂包括Pd,Sb,Ti,Zr,Cu,Ag,Mn等。在SnO2气敏元件中分别掺杂质量分数2%Pd和2%Zr对提高元件灵敏度有显著效果。未掺杂SnO2、掺杂质量分数2%Pd和2%Zr的气敏元件对体积分数为5×10-5甲醛的灵敏度分别为1.33,2.38,2.08,但是掺杂在改善元件对乙醇的选择性方面作用不大。分析了掺杂改善SnO2气敏元件灵敏度的原理,当SnO2表面吸附还原性气体时,吸附气体提供电子,使半导体表层的导电电子数增加,引起电导率增加、电阻下降。吸附气体浓度越高,电阻率变化越大,元件灵敏度越大。     

介孔SnO_2的制备及气敏性能研究

采用CTAB模板法制备了具有介孔结构的SnO2。通过小角X射线衍射,BET法对其进行了表征。采用静态配气法对介孔SnO2的气敏性能进行了研究。结果表明:随着煅烧温度的升高,介孔SnO2的比表面积从105.54m2/g降到38.11m2/g。通过延长陈化时间和进一步水热处理可以增加介孔SnO2材料的比表面积。气敏测试表明:在4.5V加热电压下,气敏元件对体积分数为50×10-6酒精蒸气有较好的气敏性能,灵敏度为9.4,响应-恢复时间均为8s。     

SnO_2纳米晶薄膜栅FET式气敏元件的研制

利用溶胶 凝胶法合成出纳米晶SnO2 薄膜 ,该薄膜可以利用化学腐蚀方法光刻腐蚀 ,因此采用传统硅平面工艺可以制作出纳米晶SnO2 薄膜栅FET式气敏元件 ,实现了制备纳米晶材料的溶胶 -凝胶工艺与硅平面工艺的兼容。对器件的测试结果表明 ,纳米晶SnO2 薄膜栅FET式气敏元件可以在常温下工作 ,元件的漏电流在乙醇气体中减小 ,掺杂镧以后 ,漏电流变化幅度增大     

MQK—2气敏元件的特性与应用

MOK—2型气敏元件是根据进口和国内通用型气敏头在实际使用中存在RO漂移、敏感特性过于广谱、寿命短而反复研制的:1.采用烧结半导体工艺,形成的敏感烧结体,具有稳定的RO阻值,保证了长期的稳定性;2.自然贮存失效率降至千分之二以下;3.单电源供电,其功耗仅0.7W左右;4.对城市煤气、石油液化气、天然气、丙丁烷、氢气等有极高的灵敏度和信噪比,MQK—2型气敏元件技术特性如下:     

MQS1型一氧化碳气敏元件

氧空位与材料的气敏特性有着密切的关系，气敏材料的电导率由氧空位的形成和氧化过程共同决定，氧空位浓度越大，气敏效应越明显。根据氧化锡的这一气敏机理，以９９．９９％的锡为原料，掺入合适的添加剂，制成了ＭＱＳ１型一氧化碳气敏元件。它的灵敏度高、选择性好、响应恢复快、受温度和湿度的影响小。     

高选择性的一氧化碳气敏元件

气敏元件的选择性是当前的主要研究课题之一。以水解制得的二氧化锡为主体材料,氯化钯为活性催化剂,并添加质量分数w=(5～10)×10~(-2)的镧系稀土氧化物,来提高元件的反应选择性;改变元件的工作条件,利用元件在200℃以下对一氧化碳具有高吸附性的特点,制得具有高选择性的一氧化碳气敏元件。     

半导体气敏元件长期稳定性的影响因素

介绍了近年来文献中半导体气敏元件长期稳定性的研究现状。总结了敏感材料制备条件,敏感材料在长期使用过程中的物理和化学性质变化,以及催化剂失活等主要因素对气敏元件长期稳定性的影响。最后讨论了未来提高气敏元件长期稳定性的研究重点(重点要解决敏感材料在制备、使用过程中的团聚问题)和研究方向(采用改变制备方法来优化材料结构,通过掺杂和表面修饰来改变材料性质等)。     

气敏元件的结构工艺研究

对几种工艺结构的氧化物半导体气敏元件进行对比,阐述了气敏元件的结构和工艺对气敏元件性能参数的影响。并介绍一种新型结构的氧化物半导体气敏元件。