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。     

Ti02-SnO2紫外光照下对醇类气体气敏性能的研究

采用溶胶-凝胶法制备了不同配比的TiO2-SnO2纳米复合材料,以其作为气敏材料制备成旁热式气敏元件,研究了气敏元件在紫外光照下的气敏特性。结果表明,复合材料平均晶粒尺寸为19 nm,SnO2晶型为金红石型,气敏元件的电导在紫外光照下增加,对醇类有机挥发性气体的气敏灵敏度也显著提高,气敏元件的电阻、灵敏度均随TiO2含量的增加而增大。工作温度160℃时对乙醇气体的灵敏度为18,240℃时灵敏度为52,是无光照时的1.6倍,响应时间为5 s,恢复时间为9 s。     

简易可燃气体泄漏报警器

该简易可燃气体泄漏报警器电路如附图所示。由气敏传感器QM-N5、单时基LM555组成的可控多谐振荡器等构成,可用于煤气、天然气、石油液化气的超浓度检测及报警。QM-5N是一种半导体气敏元件,F-F间为电加热丝,工作电压为5±0.5V,由三端稳压集成电路T805稳压供给,而且要求正式工作前要通电预热3分钟左右。A、B两电极为测量端,其阻值随感测到的可燃气体浓度而交化:静态时A、B间电阻值甚大,被测可燃气体浓度超过允许范围(一般取0.05%)时,A、B间电阻值骤减,B点电位上升,当LM555第④脚复位端MR电位高于1V时,其内部电路工作,开始报警。当气体浓度恢复至正常值以下时,QM-5N气敏元件要经过约10秒钟的恢复时间后,     

半导体气敏元件自动检测装置的研究

对气体传感器性能的检测，将直接影响到传感器的质量，应用和发展，只有把气体传感器的各项参数精确的测试清楚，才能可靠的发挥其作用，该装置通过配气系统和计算机测试系统对气敏元件的各项参数进行检测，从而大大提高了检测气敏元件的精密度。     

半导体气敏元件自动检测装置的研究

对气体传感器性能的检测,将直接影响到传感器的质量、应用和发展,只有把气体传感器的各项参数精确的测试清楚,才能可靠的发挥其作用。该装置通过配气系统和计算机测试系统对气敏元件的各项参数进行检测,从而大大提高了检测气敏元件的精密度。     

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:     

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。     

掺杂改善SnO2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。     

紫外光照下WO_3的H_2S气敏特性研究

以热氧化钨丝法制备的WO3纳米材料为基材制备了厚膜气敏元件,在常温、紫外光激发条件下实验测试了所制纯WO3气敏元件对不同体积分数的H2S气体的气敏特性曲线,探讨了元件对H2S的灵敏度与紫外光的辐射通量密度的依赖关系。结果表明,常温、无紫外光照下WO3气敏元件对H2S不敏感,而在常温及紫外光激发下WO3气敏元件对H2S的灵敏度显著增大,且随着紫外光辐射通量密度增加,元件对H2S的灵敏度先增大而后减小。     

微波辅助合成纳米WO_3/TiO_2复合材料及其气敏性能

为改善WO3基敏感材料的气敏性能,采用微波回流法一次性合成了纳米WO3/TiO2复合材料,并研究TiO2掺杂量对用其制备的气敏元件气敏性能的影响。结果表明:此气敏元件对体积分数为100×10-6的NOx、二甲苯、H2S和丙酮气体具有较强的敏感性,掺杂w(TiO2)为20%的元件,对H2S和NOx的灵敏度分别为31.18和695.84;掺杂w(TiO2)为30%的元件,对二甲苯和丙酮的灵敏度分别为39.19和35.69。     

实现气敏元件灵敏度倍增的一种方法

本文提出一种提高气敏元件灵敏度的方法，这种方法可实现灵敏度的倍增．元件结构为Ｎ－Ｐ型，元件的工作机制是互补倍增原理．研究表明，在适当条件下，整体气敏元件的灵敏度等于构成它的Ｎ、Ｐ两种敏感体各自灵敏度的乘积．此外，这种新型气敏元件还可提高热稳定性，减小零点漂移，甚至提高选择性等．本文在理论上给出了实现上述特性的条件．     

金属氧化物气敏元件的研究进展

气敏传感器在现代工农业、信息技术、环境监测等领域都有重要应用。随着这几个领域的发展,人类对其综合性能要求越来越强,进而不断积极改良气敏传感器的性能。金属氧化物气敏元件是利用金属氧化物半导体的表面电阻遇到被测气体发生变化的原理制成的电子器件,其选择性和稳定性是研究气敏元件的两项重要指标。文章概述了金属氧化物元件气敏特性的研究进展,介绍了基体材料、掺杂材料、气敏材料的制备工艺、电极材料及结构等几个因素对元件气敏特性的主要影响,并对各种因素的作用机理进行了分析。最后展望了金属氧化物气敏元件的发展前景。     

气敏元件室温光激发气敏性能研究

研究了WO3掺杂的ZnO基气敏元件在紫外(UV)光激发下,对乙醇气体的室温气敏性能。结果表明:在UV光照射下,各元件在室温下对体积分数为100×10–6的乙醇气体显示了很好的光敏、气敏性能,响应、恢复时间均在8s以内,其中以掺杂X(WO3)为1%的元件W(1)为最佳,从而实现了室温下的气敏测试。     

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。     

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。     

电压敏电容双功能元件制备

为提高元件半导化原理并提高元件的氧气灵敏度,对以SrTiO3为基材的样品分别在强还原气体条件和大气条件下的N型电压敏、电容双功能元件和P型氧气敏感元件,分别测试了N型元件的压敏电压U1mA等电参数和P型元件在不同的温度下的阻温特性、氧敏特性,并进行了TPD测量。研究表明氧空位是在SrTiO3晶体中杂质扩散、实现半导化的重要条件,因此控制氧空位的浓度成为制备钙钛矿型半导体功能陶瓷元件的重要因素;还原气氛烧结产生的氧空位是材料实现N型半导化的重要手段;受主杂质所产生的氧空位促进了环境氧与晶格氧的交换,是材料实现P型半导化的重要手段,也提高了元件的氧气灵敏度。     

气敏半导瓷及其敏感机理(上)

气敏半导瓷的阻值随所处环境气氛的不同而变化。不同类型半导体陶瓷,将对某一类或某几类气体特别敏感。一般,气体与敏感陶瓷的作用部位只限于表面,其敏感特性和敏感体的烧结形式有很大关系。本文从氧化锡的显微结构、对不同类型氧吸附的表面过程以及添加剂的作用机理等方面,分析了氧化锡等气敏陶瓷的气敏特性;从结构上阐明了γ-Fe_2O_3和ZrO_2的导电特性,对其气敏特性的形成和作用作了科学的分析。     

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。     

SnO2薄膜气敏光学特性的气敏机理模型

本文作者利用表面态建立一个气敏光学机理模型。较好地解释了SnO_2薄膜的气敏效应,气敏透射光谱,气敏透过率与气体浓度的指数关系,以及饱和现象等。     

一种二次镀银光纤光栅气敏传感器

为了更加有效地实时检测井下硫化氢(H₂S)气体,提出一种在光纤Bragg光栅(FBG)上二次 涂镀银(Ag)膜的光纤气敏传感器。一方面,采用二次镀Ag的制备方法增加Ag膜的均匀性,提 高气敏元件的灵敏度;另一方面,采用特殊的油气分离、流线型设计,保证了H₂S气体与 气敏元件的有效接触,实 现井下低浓度气体的实时检测。根据实验,当镀Ag的FBG气敏元件置于H₂S气体中时,传入 光 纤的倏逝波能量减小,反射光谱的峰值功率下降2.0dBm。