氣敏材料傳感器

1、沈 陽 工 業(yè) 大 學(xué)氣氣 敏敏 傳傳 感感 器器 沈 陽 工 業(yè) 大 學(xué)課程主要內(nèi)容1.氣敏傳感器應(yīng)用示例2.氣敏傳感器的分類3.氣敏傳感器的主要參數(shù)及特性4.金屬氧化物的半導(dǎo)體化5.表面電阻控制型氣體敏感元件6.體電阻控制型氣體敏感元件7.非電阻型氣體敏感元件8.基于MEMS技術(shù)的氣體微傳感器沈 陽 工 業(yè) 大 學(xué)1.氣體傳感器應(yīng)用示例汽車尾氣分析酒精檢測(cè)一氧化碳傳感器可燃性氣體傳感器外形沈 陽 工 業(yè) 大 學(xué)2.氣敏傳感器的分類氣敏傳感器表面控制型容積控制型燃燒熱表面電位整流特性閾值電壓電阻型非電阻型濃差電極合成電位恒電位電解池氧電極半導(dǎo)體式電化學(xué)式接觸燃燒式固體電解質(zhì)式沈 陽 工 業(yè)

2、大 學(xué)半導(dǎo)體氣敏元件的分類半導(dǎo)體氣敏元件的分類 電導(dǎo)控制型，以金屬氧化物為主。電壓控制型，以硅為主2.氣敏傳感器的分類沈 陽 工 業(yè) 大 學(xué)3.氣敏傳感器的主要參數(shù)及特性(a)靈敏度靈敏度：對(duì)氣體的敏感程度；(b)響應(yīng)時(shí)間響應(yīng)時(shí)間 ：對(duì)被測(cè)氣體濃度的響應(yīng)速度;(c)選擇性選擇性： 指在多種氣體共存的條件下，氣敏元件區(qū)分氣體種類的能力;(d)穩(wěn)定性穩(wěn)定性： 當(dāng)被測(cè)氣體濃度不變時(shí)，若其他條件發(fā)生改變，在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)氣敏元件輸出特性保持不變的能力;(e)溫度特性溫度特性：氣敏元件靈敏度隨溫度變化而變化的特性;(f)濕度特性濕度特性： 氣敏元件靈敏度隨環(huán)境濕度變化而變化的特性；(g)電源電壓特性電源電

3、壓特性： 指氣敏元件靈敏度隨電源電壓變化而變化的特性 ; (h)時(shí)效性與互換性時(shí)效性與互換性：反映元件氣敏特性穩(wěn)定程度的時(shí)間，就是時(shí)效性；同一型號(hào)元件之間氣敏特性的一致性，反映了其互換性。 沈 陽 工 業(yè) 大 學(xué)實(shí)際應(yīng)用對(duì)氣敏傳感器的要求:3.氣敏傳感器的主要參數(shù)及特性(a)具有良好的選擇性；(b)具有較高的靈敏度和寬響應(yīng)動(dòng)態(tài)范圍；(c)性能穩(wěn)定；(d)響應(yīng)速度快，重復(fù)性好;(e)保養(yǎng)簡單，價(jià)格便宜。沈 陽 工 業(yè) 大 學(xué)4.金屬氧化物的半導(dǎo)體化 人為在金屬氧化物能帶結(jié)構(gòu)的禁帶中形成或增加附加能級(jí)的過程稱為金屬氧化物的半導(dǎo)體化。 MO晶體中的缺陷沈 陽 工 業(yè) 大 學(xué)eVVoohVVmmhVV

4、mm2eVVoo2電離能E1電離能E2電離能E3電離能E44.金屬氧化物的半導(dǎo)體化 氧空位起施主作用 金屬空位起受主作用沈 陽 工 業(yè) 大 學(xué)eMeMMiii22對(duì)于間隙原子對(duì)于間隙原子hOhOOiii22對(duì)于反結(jié)構(gòu)缺陷，共價(jià)鍵化合物中，對(duì)于反結(jié)構(gòu)缺陷，共價(jià)鍵化合物中，O替代替代M時(shí)時(shí)，電離產(chǎn)生電子形成施主，電離產(chǎn)生電子形成施主能級(jí)。能級(jí)。eOeOOmmm22對(duì)于反結(jié)構(gòu)缺陷，共價(jià)鍵化合物中，對(duì)于反結(jié)構(gòu)缺陷，共價(jià)鍵化合物中， M 替代替代O時(shí)時(shí)，電離產(chǎn)生空穴形成受，電離產(chǎn)生空穴形成受主能級(jí)。主能級(jí)。hMhMMooo224.金屬氧化物的半導(dǎo)體化金屬氧化物的半導(dǎo)體化金屬起施主作用金屬起施主作用氧起受

5、主作用氧起受主作用沈 陽 工 業(yè) 大 學(xué)外來雜質(zhì)外來雜質(zhì)F，如果是間隙，金屬為施主，電負(fù)性大的為受主，如果是替位，分，如果是間隙，金屬為施主，電負(fù)性大的為受主，如果是替位，分2兩兩種情況：種情況： （1）替代）替代M，化合價(jià)大于，化合價(jià)大于M，有剩余電子被激發(fā)出去，形成施主能級(jí)，化合價(jià)，有剩余電子被激發(fā)出去，形成施主能級(jí)，化合價(jià)小，形成受主能級(jí)。小，形成受主能級(jí)。 （2）替代）替代O時(shí)，化合價(jià)大，起受主作用，化合價(jià)小，起施主作用。時(shí)，化合價(jià)大，起受主作用，化合價(jià)小，起施主作用。金屬氧化物電學(xué)性質(zhì)控制金屬氧化物電學(xué)性質(zhì)控制 控制金屬氧化物導(dǎo)電類型和電阻率等電學(xué)性質(zhì)就變成了控制晶體中雜質(zhì)控制金屬氧

6、化物導(dǎo)電類型和電阻率等電學(xué)性質(zhì)就變成了控制晶體中雜質(zhì)和缺陷的種類和數(shù)量。和缺陷的種類和數(shù)量。當(dāng)在金屬氧化物形成當(dāng)在金屬氧化物形成Vo后，電離時(shí)提供電子即形成施主能級(jí)，使材料成為后，電離時(shí)提供電子即形成施主能級(jí)，使材料成為N型型2種方法控制電阻率種方法控制電阻率a.摻入不同化合價(jià)的雜質(zhì)原子；摻入不同化合價(jià)的雜質(zhì)原子；b.控制氧化物化學(xué)劑量比偏離方向和程度?？刂蒲趸锘瘜W(xué)劑量比偏離方向和程度。4.金屬氧化物的半導(dǎo)體化金屬氧化物的半導(dǎo)體化沈 陽 工 業(yè) 大 學(xué)5.表面電阻控制型氣體敏感元件5.1材料主要有：SnO2和ZnO SnO2的基本性質(zhì)白色粉末，不溶于水，能溶于熱強(qiáng)酸和堿。 SnO2晶體結(jié)構(gòu)

7、屬于四方晶系，具有金紅石型結(jié)構(gòu)；經(jīng)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，多晶SnO2對(duì)多種氣體具有氣敏特性；多孔型SnO2半導(dǎo)體材料，其電導(dǎo)率隨接觸的氣體種類變化。 沈 陽 工 業(yè) 大 學(xué)5.表面電阻控制型氣體敏感元件(a) 燒結(jié)型SnO2氣敏器件直熱式和旁熱式缺點(diǎn): 熱容量小，易受環(huán)境氣流的影響；測(cè)量回路與加熱回路互相影響。 直熱式氣敏器件: 5.2 SnO2氣敏器件類型(a) 燒結(jié)型氣敏器件； (b) 薄膜型器件； (c) 厚膜型器件優(yōu)點(diǎn):工藝簡單，成本低；沈 陽 工 業(yè) 大 學(xué)5.表面電阻控制型氣體敏感元件(a) 燒結(jié)型SnO2氣敏器件 旁熱式氣敏器件: 把高阻加熱絲放置在陶瓷絕緣管內(nèi)，在管外涂上金電極，再在金電極

8、外涂上氣敏半導(dǎo)體材料。優(yōu)點(diǎn)：克服了直熱式結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)，器件的穩(wěn)定性得到提高。符號(hào)5.2 SnO2氣敏器件類型沈 陽 工 業(yè) 大 學(xué)(b)薄膜型SnO2氣敏元件 對(duì)于燒結(jié)型，工作溫度高使敏感層發(fā)生物理、化學(xué)變化，導(dǎo)致性能發(fā)生變化，摻雜貴金屬催化劑提高靈敏度，與有毒氣體（SO2）接觸，出現(xiàn)“中毒”現(xiàn)象。5.表面電阻控制型氣體敏感元件 元件結(jié)構(gòu)加熱器電極基片氧化物半導(dǎo)體單位：mm引線引線引線引線電極優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：靈敏度高、響應(yīng)迅速、機(jī)械強(qiáng)度高、互換性好、產(chǎn)量高、成本低等。工藝：工藝：制作采用蒸發(fā)或?yàn)R射的方法，在處理好的石英基片上形成一薄層金屬氧化物薄膜（如SnO2、ZnO等），再引出電極。沈 陽 工 業(yè)

9、 大 學(xué)(c)厚膜型厚膜型SnO2氣敏傳感器氣敏傳感器 敏感材料是由敏感材料是由SnO2、PdCl2、MgO、ThO和和SiO2等混合而成，將等混合而成，將-萜品醇和萜品醇和丁基卡必醇醋酸脂組合成的有機(jī)體加上敏丁基卡必醇醋酸脂組合成的有機(jī)體加上敏感材料制成厚膜膏漿。感材料制成厚膜膏漿。5.表面電阻控制型氣體敏感元件表面電阻控制型氣體敏感元件優(yōu)點(diǎn)：一致性好，機(jī)械強(qiáng)度高，適于批優(yōu)點(diǎn)：一致性好，機(jī)械強(qiáng)度高，適于批 量生產(chǎn)。量生產(chǎn)。沈 陽 工 業(yè) 大 學(xué)1/2O2+ne-Oad-對(duì)于O2電阻增大還原性氣體：與氧發(fā)生反應(yīng)，減少電離氧密 度，降低勢(shì)壘高度，阻值減小。氣敏部分由N型材料構(gòu)成，電阻值取決于表面

10、態(tài)密度和晶粒大小影響。neCOCOOneOHHOnadnad222注：加入催化劑（如鉑，鈀），降低化學(xué)吸附的激活能，有助于電子的轉(zhuǎn)移和共有化過程5.3 SnO2氣敏原理（晶界勢(shì)壘模型）5.表面電阻控制型氣體敏感元件沈 陽 工 業(yè) 大 學(xué)氣體傳感器初始過程和響應(yīng)5.4 SnO2氣體敏感元件特性參數(shù)A元件電阻R0和Rs 分別正?？諝鈼l件下的阻值，和在規(guī)定濃度的監(jiān)測(cè)氣體中的阻值。 B電阻比靈敏度K 0RRKs5.表面電阻控制型氣體敏感元件基本測(cè)量電路 例如：2000ppm沈 陽 工 業(yè) 大 學(xué)F初期恢復(fù)時(shí)間短時(shí)間斷電，恢復(fù)后使用。H初期穩(wěn)定時(shí)間長時(shí)間，不通電存放，恢復(fù)使用。5.表面電阻控制型氣體敏感

11、元件注：設(shè)計(jì)檢測(cè)電路時(shí)，要考慮恢復(fù)和穩(wěn)定時(shí)間，加熱清洗可以大大縮短恢復(fù)和穩(wěn)定時(shí)間。E加熱電阻RH和加熱功率PH:氣敏元件提供工作溫度的加熱器電阻和所需功率。 D恢復(fù)時(shí)間ts-脫附速度: 從脫離被測(cè)氣體到電阻恢復(fù)到穩(wěn)定變化量63%時(shí)所需時(shí)間。 C響應(yīng)時(shí)間tr-響應(yīng)速度: 從接觸被測(cè)氣體到電阻變化量的63%時(shí)所需時(shí)間。 沈 陽 工 業(yè) 大 學(xué)5.5燒結(jié)型SnO2氣敏元件的制備工藝5.表面電阻控制型氣體敏感元件沈 陽 工 業(yè) 大 學(xué)5.6 SnO2氣敏元件材料的添加劑氣敏元件材料的添加劑5.表面電阻控制型氣體敏感元件表面電阻控制型氣體敏感元件貴金屬添加劑的作用實(shí)質(zhì)上是一種催化作用，貴金屬添加劑的作用

12、實(shí)質(zhì)上是一種催化作用，Pd、Pt。 提高氣敏元件靈敏度的添加劑提高氣敏元件靈敏度的添加劑 提高氣體識(shí)別能力的添加劑（提高氣體識(shí)別能力的添加劑（選擇性選擇性） 添加稀土金屬可以改善元件對(duì)某些氣體的識(shí)別能力。如添加二氧化釷添加稀土金屬可以改善元件對(duì)某些氣體的識(shí)別能力。如添加二氧化釷可以提高氣敏元件對(duì)可以提高氣敏元件對(duì)CO的識(shí)別能力，添加二氧化鈰可以改善元件對(duì)煙霧的識(shí)別能力，添加二氧化鈰可以改善元件對(duì)煙霧的識(shí)別能力。的識(shí)別能力。 提高其他特性的添加劑提高其他特性的添加劑改善熱穩(wěn)定性，添加三氧化二銻或五氧化二釩；改善熱穩(wěn)定性，添加三氧化二銻或五氧化二釩；改善響應(yīng)特性，添加氧化鎂、氧化鈣等；改善響應(yīng)特性

13、，添加氧化鎂、氧化鈣等；助溶劑：二氧化錳、氧化銅。助溶劑：二氧化錳、氧化銅。沈 陽 工 業(yè) 大 學(xué)5.7 ZnO表面電阻控制型氣體敏感元件表面電阻控制型氣體敏感元件 ZnO是應(yīng)用最早的一種半導(dǎo)體氣敏材料，物理化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，禁帶寬度是應(yīng)用最早的一種半導(dǎo)體氣敏材料，物理化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，禁帶寬度為為3.4eV ，熔點(diǎn)為，熔點(diǎn)為1875，粉體承白色或淡黃色，工作溫度為，粉體承白色或淡黃色，工作溫度為400-450，比，比SnO2氣敏元件高，因此，發(fā)展沒有氣敏元件高，因此，發(fā)展沒有SnO2快?？?。5.表面電阻控制型氣體敏感元件表面電阻控制型氣體敏感元件ZnO薄膜酒敏元件的結(jié)構(gòu)薄膜酒敏元件的結(jié)構(gòu)沈 陽 工

14、業(yè) 大 學(xué)5.8 ZnO氣體敏感元件工藝氣體敏感元件工藝5.表面電阻控制型氣體敏感元件表面電阻控制型氣體敏感元件5.9 ZnO氣體敏感元件氣敏特性氣體敏感元件氣敏特性 Zn過剩的半導(dǎo)體，在催化劑的作用下，過剩的半導(dǎo)體，在催化劑的作用下，吸附氧阻值增加，接觸還原性氣體，電阻值吸附氧阻值增加，接觸還原性氣體，電阻值下降。下降。ZnO+添加劑添加劑混合膏劑混合膏劑電極涂覆電極涂覆燒結(jié)燒結(jié)焊有引線基筒焊有引線基筒裝加熱器裝加熱器涂催化劑涂催化劑燒結(jié)燒結(jié)初測(cè)初測(cè)測(cè)試測(cè)試?yán)匣匣庋b封裝沈 陽 工 業(yè) 大 學(xué)5.10氣體傳感器的綜合測(cè)試裝置氣體傳感器的綜合測(cè)試裝置空氣空氣空氣調(diào)節(jié)器空氣調(diào)節(jié)器氣體氣體液體液

15、體電電 源源排氣扇排氣扇濃度檢測(cè)濃度檢測(cè)電壓表電壓表試驗(yàn)箱試驗(yàn)箱蒸發(fā)器蒸發(fā)器風(fēng)風(fēng)扇扇5.表面電阻控制型氣體敏感元件表面電阻控制型氣體敏感元件沈 陽 工 業(yè) 大 學(xué)6.體電阻控制型氣敏元體電阻控制型氣敏元件件-Fe2O3是是N型半導(dǎo)體（尖晶石），在高溫下吸附還原性氣體后，其電阻率下降。型半導(dǎo)體（尖晶石），在高溫下吸附還原性氣體后，其電阻率下降。以以Fe2O3和和TiO2為代表，與氣體接觸后，材料的晶體結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，使電阻變化。為代表，與氣體接觸后，材料的晶體結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，使電阻變化。 溫度過高，溫度過高， -Fe2O3將向?qū)⑾?-Fe2O3轉(zhuǎn)化，失去氣敏性，轉(zhuǎn)化，失去氣敏性，-Fe2O3對(duì)異丁烷

16、和丙對(duì)異丁烷和丙烷靈敏，對(duì)甲烷不靈敏，適合探測(cè)液化石油氣。而烷靈敏，對(duì)甲烷不靈敏，適合探測(cè)液化石油氣。而 -Fe2O3對(duì)甲烷和氫氣非常靈對(duì)甲烷和氫氣非常靈敏適合探測(cè)城市煤氣和天然氣。敏適合探測(cè)城市煤氣和天然氣。 提高提高-Fe2O3性能的方法是防止高溫下不可逆相變，加入性能的方法是防止高溫下不可逆相變，加入Al2O3和稀土添加和稀土添加劑，嚴(yán)格控制工藝，使微結(jié)構(gòu)均勻。劑，嚴(yán)格控制工藝，使微結(jié)構(gòu)均勻。6.1 -Fe2O3氣敏機(jī)理氣敏機(jī)理沈 陽 工 業(yè) 大 學(xué)-Fe2O3氣敏元件結(jié)構(gòu)氣敏元件結(jié)構(gòu)測(cè)試電路測(cè)試電路6.體電阻控制型氣敏元體電阻控制型氣敏元件件6.2 -Fe2O3氣敏元件工藝氣敏元件工藝

17、工藝流程工藝流程FeCl3沈 陽 工 業(yè) 大 學(xué)6.體電阻控制型氣敏元件6.3 -Fe2O3氣敏元件性能沈 陽 工 業(yè) 大 學(xué)6.3金屬氧化物半導(dǎo)體氧敏感元件材料：二氧化鈦、五氧化二鈮、氧化鈰和氧化鈷等 電阻率受晶格中氧空位的控制，氧空位的濃度和氧分壓有關(guān)。)(210OpenKTEAEA為活化能一般采用N型金屬氧化物半導(dǎo)體制作氧敏元件。)(2OpRn電導(dǎo)率6.體電阻控制型氣敏元件沈 陽 工 業(yè) 大 學(xué)6.4二氧化鈦半導(dǎo)體氧敏感元件 金紅石結(jié)構(gòu)N型半導(dǎo)體，常溫下，很難吸附氧，只有在高溫下才有明顯的氧敏特性，通常加入Pt作為催化劑。A)二氧化鈦成型后，放在氯鉑酸和甲醛配置溶液中，吸附的氯鉑酸轉(zhuǎn)變成

18、Pt；B)直接把鉑黑加入二氧化鈦粉體中；C)二氧化鈦粉體放在氯鉑酸和甲醛配置溶液中，然后再燒結(jié)。降低二氧化鈦對(duì)氧的吸附勢(shì)壘，加快響應(yīng)。OO22Pt注：二氧化鈦氧敏元件負(fù)溫度系數(shù)，采用氧化鈷、氧化鎂制作電阻做溫度補(bǔ)償。6.體電阻控制型氣敏元件添加Pt的方式：沈 陽 工 業(yè) 大 學(xué)7.1金屬半導(dǎo)體接觸金屬半導(dǎo)體接觸7.非電阻型半導(dǎo)體氣敏傳感器非電阻型半導(dǎo)體氣敏傳感器A 形成形成 平面（薄膜）型平面（薄膜）型蒸發(fā)、濺射、蒸發(fā)、濺射、CVD等；等； 針尖接觸型針尖接觸型如鎢針接觸如鎢針接觸Si片。片。 B 類型類型 肖特基接觸肖特基接觸具有類似具有類似pn結(jié)的單向?qū)щ娦裕唤Y(jié)的單向?qū)щ娦裕?歐姆接觸歐姆

19、接觸 線性線性I-V特性，很低的電阻。特性，很低的電阻。 沈 陽 工 業(yè) 大 學(xué)7.非電阻型半導(dǎo)體氣敏傳感器7.1金屬半導(dǎo)體接觸金屬半導(dǎo)體接觸半導(dǎo)體中電子面對(duì)的勢(shì)壘半導(dǎo)體中電子面對(duì)的勢(shì)壘smDWWqV 勢(shì)壘區(qū)為高阻區(qū)（電子阻擋層），稱此勢(shì)壘勢(shì)壘區(qū)為高阻區(qū)（電子阻擋層），稱此勢(shì)壘為肖特基勢(shì)壘。為肖特基勢(shì)壘。正偏正偏-消弱內(nèi)建場(chǎng)，勢(shì)壘降低；消弱內(nèi)建場(chǎng)，勢(shì)壘降低；反偏反偏-增強(qiáng)內(nèi)建場(chǎng)，勢(shì)壘升高。增強(qiáng)內(nèi)建場(chǎng)，勢(shì)壘升高。 肖特基接觸肖特基接觸smWW smWW 歐姆接觸歐姆接觸 半導(dǎo)體表面為電子積累，高電導(dǎo)區(qū)，為電子反半導(dǎo)體表面為電子積累，高電導(dǎo)區(qū)，為電子反阻擋層，電子的運(yùn)動(dòng)無需越過勢(shì)壘。阻擋層，電子的

20、運(yùn)動(dòng)無需越過勢(shì)壘。沈 陽 工 業(yè) 大 學(xué)定義：使定義：使源端源端半導(dǎo)體表面達(dá)到強(qiáng)反型的半導(dǎo)體表面達(dá)到強(qiáng)反型的柵壓柵壓。7.1金屬氧化物半導(dǎo)體接觸金屬氧化物半導(dǎo)體接觸7.非電阻型半導(dǎo)體氣敏傳感器非電阻型半導(dǎo)體氣敏傳感器msFoxmFoxFBTCQUUU22閾值電壓：閾值電壓：沈 陽 工 業(yè) 大 學(xué)Pd-TiO2二極管電流電壓特性二極管電流電壓特性二極管整流特性與氣體濃度相關(guān)。二極管整流特性與氣體濃度相關(guān)。 吸附氧時(shí)，使吸附氧時(shí)，使Pd的功函數(shù)變大，的功函數(shù)變大，Pd-TiO2界面的肖特基勢(shì)壘增高，界面的肖特基勢(shì)壘增高，正向電流較小。遇到氫氣時(shí)，勢(shì)壘降低，引起正向電流變大。正向電流較小。遇到氫氣時(shí)

21、，勢(shì)壘降低，引起正向電流變大。7.2 二極管式氣敏器件二極管式氣敏器件Pd-TiO2二極管氫敏器件二極管氫敏器件7.非電阻型半導(dǎo)體氣敏傳感器非電阻型半導(dǎo)體氣敏傳感器沈 陽 工 業(yè) 大 學(xué) 由于鈀對(duì)氫氣由于鈀對(duì)氫氣(H2)特別敏感，當(dāng)鈀吸附了特別敏感，當(dāng)鈀吸附了H2以后，會(huì)使鈀的功函數(shù)降低，導(dǎo)以后，會(huì)使鈀的功函數(shù)降低，導(dǎo)致致MOS管的管的C-V特性向負(fù)偏壓方向平移。根據(jù)這一特性就可用于測(cè)定特性向負(fù)偏壓方向平移。根據(jù)這一特性就可用于測(cè)定H2的濃度。的濃度。 7.3MOS二極管氣敏器件二極管氣敏器件利用利用MOS二極管電容二極管電容-電壓特性隨被測(cè)氣體濃度變化的特性對(duì)氣體進(jìn)行檢測(cè)。電壓特性隨被測(cè)氣體

22、濃度變化的特性對(duì)氣體進(jìn)行檢測(cè)。等效電路等效電路7.非電阻型半導(dǎo)體氣敏傳感器非電阻型半導(dǎo)體氣敏傳感器C-V特性特性ab 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)沈 陽 工 業(yè) 大 學(xué)7.4 MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管氣敏器件場(chǎng)效應(yīng)晶體管氣敏器件增強(qiáng)型增強(qiáng)型MOSFET結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)增強(qiáng)型增強(qiáng)型MOSFET的柵源電壓與源漏電流關(guān)的柵源電壓與源漏電流關(guān)系系7.非電阻型半導(dǎo)體氣敏傳感器非電阻型半導(dǎo)體氣敏傳感器 利用利用MOSFET的閾值電壓的閾值電壓VT對(duì)柵極材料表面吸附氣體非常敏感特性對(duì)氣體對(duì)柵極材料表面吸附氣體非常敏感特性對(duì)氣體檢測(cè)。當(dāng)柵極吸附氣體后，柵極與半導(dǎo)體的功函數(shù)差和表面狀態(tài)都會(huì)發(fā)生變化，檢測(cè)。當(dāng)柵極吸附氣體后，柵極與半導(dǎo)體的功函數(shù)差

23、和表面狀態(tài)都會(huì)發(fā)生變化， VT隨之變化。隨之變化。PSiNNAlSiO2DSPd柵氫原子擴(kuò)散到氫原子擴(kuò)散到Pd-SiO2界面，在界面，在Pd一側(cè)產(chǎn)生極化形一側(cè)產(chǎn)生極化形成偶極層，使鈀的功函數(shù)減小，使閾值電壓減小。成偶極層，使鈀的功函數(shù)減小，使閾值電壓減小。Pd,Pt有催化作用，促進(jìn)氫原子擴(kuò)散。有催化作用，促進(jìn)氫原子擴(kuò)散。Pd柵柵多孔結(jié)構(gòu)多孔結(jié)構(gòu)沈 陽 工 業(yè) 大 學(xué)Pt柵場(chǎng)效應(yīng)晶體管對(duì)氫氣的響應(yīng)柵場(chǎng)效應(yīng)晶體管對(duì)氫氣的響應(yīng))(1)(22HpKHpKVVTmT式子中：式子中：K為氫分子離解的平衡數(shù)，為氫分子離解的平衡數(shù)，p(H2)環(huán)境中氫氣分壓。環(huán)境中氫氣分壓。在在150下恒溫工作，有利于對(duì)氫氣的響應(yīng)速度和恢復(fù)速度。下恒溫工作，有利于對(duì)氫氣的響應(yīng)速度和恢復(fù)速度。7.非電阻型半導(dǎo)體氣敏傳感器非電阻型半導(dǎo)體氣敏傳感器7.4MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管氣敏器件場(chǎng)效應(yīng)晶體管氣敏器件沈 陽