第8篇 半导体传感器1.ppt

* §8.1 气敏传感器 §8.2 湿敏传感器 气敏传感器 用途： 检测气体的类别、浓度、成分。 分类： 1、按传感器组成材料分 表面控制型 体控制型 气体与半导体间电子接受，电导率变化，而化学成分不变。 组成变而使电导率变化。 半导体 非半导体 2、按物理性质分 电阻型 非电阻型 利用其他参数检测。 利用电阻值发生变化。 二极管的伏安 特性和场效应 管的阈值电压 一 半导体气敏传感器的工作原理 当半导体器件被加热到稳定状态时，气体在半导体表面产生氧化还原反应而导致敏感元件的阻值发生变化。从而测量出气体的浓度和种类。 1、氧化性气体 具有负离子倾向的气体（电子接收性气体），如：O2、NOx 2、还原性气体 具有正离子倾向的气体，如：H2、CO、碳氢化合物。 二 半导体气敏传感器的类型和结构 1、电阻型气敏传感器 组成 加热器 电极、 外壳 敏感元件 燃烧元件表面尘埃、加速吸附 类型 薄膜型 厚膜型 烧结型 蒸发或射溅 印刷到电极的基片上后烧结 加热方式： 直热式： 将加热丝、测量丝埋入SnO2、ZnO等的粉末中烧结而成。 测量丝测量器件的阻值。国产有QN型，日本费加罗TGS#109型 旁热式： 2 4 1 3 3 1 4 2 特点：测量极和加热极分离，符号如上。 2、非电阻型气敏传感器 国产有QM-N5和日本费加罗TGS#812、813型 1 6 2 5 4 3 1 2 5 3 4 6 MOS二极管气敏器件 在P型半导体硅片上，利用加氧化工艺生成一层厚度为50～100nm的SiO2层，在其上蒸发一层Pd的金属薄膜，作为栅电极 P-Si M（Pd） SiO2 Cs Ca 二氧化硅层电容 硅和二氧化硅界面电容 当钯吸附H2以后，钯的功函数会降低，从而测量H2的浓度。 MOS场效应晶体管气敏器件 Pd作为栅极，利用H2在钯栅极吸附后引起阈值电压UT下降来测量H2的浓度。 四 半导体气敏传感器的应用 三 半导体气敏传感器的检测电路 ～ 输出 RL 器件 家庭 煤矿、办事处 液化石油气、城市用煤气 甲烷、可燃性煤气 爆炸性气体 应 用 场 所 检 测 对 象 气 体 分 类 呼出气体中的酒精、烟 其它 发电机、锅炉 电炊灶 氧气、一氧化碳 水蒸气（食品加工） 工业气体 煤气灶 特殊场合 特殊场合 一氧化碳（不完全燃烧的煤气） 硫化氢、含硫的有机化合物 卤素、卤化物、氨气等 有害气体 家庭、办公室 电子设备、汽车 温室 氧气、二氧化碳、 水蒸气（调节温度、防止结露） 大气污染 环境气体 矿井瓦斯超限报警电路 4V A + S RP 4.7KΩ 10Ω R1 R2 220KΩ 8Ω 47μF LC179 VS QM-N5 当无瓦斯或瓦斯浓度很低时，QM—N5的A—B极间电阻很大，电位器RP滑动触点电压小于0.7V，VS不被触发，警笛声电路无电源不发声；当瓦斯气体超过安全标准时，A—B极间电阻迅速减小，当RP滑动触点电压大于0.7V，VS被触发导通，警笛电路得电发出报警声。 *