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《集成电路工程前沿讲座》

课程报告

姓名： 陈某某

学号： ***1305

班级： 21电子集成班

方向： 集成电路

完成日期：2021年12月29日气体传感器的研究及发展方向

摘要：介绍了气体传感器的特点。根据气体传感器中使用的气敏材料以及气敏材料与气体之间不同的相互作用机理，对传感器进行了分类。研究了目前气体传感器的加工工艺。重点介绍了气体传感器的发展趋势。

关键词：气敏材料，加工技术，发展趋势

1、主要特性

1.1 稳定性

稳定性是指传感器在整个工作时间内基本响应的稳定性，取决于零点漂移和区间漂移。零点漂移是指在没有目标气体时，整个工作时间内传感器输出响应的变化。区间漂移是指传感器连续置于目标气体中的输出响应变化，表现为传感器输出信号在工作时间内的降低。理想情况下，一个传感器在连续工作条件下，每年零点漂移小于10%。

1.2 灵敏度

灵敏度是指传感器输出变化量与被测输入变化量 之比，主要依赖于传感器结构所使用的技术。大多数气体传感器的设计原理都采用生物化学、电化学、物理和光学。首先要考虑的是选择一种敏感技术，它对目标气体的阀限制（TLV -thresh-old limit value）或最低爆炸限（LEL-lower explosive limit）的百分比的检测要有足够的灵敏性。

1. 3 选择性

选择性也被称为交叉灵敏度。 可以通过测量由某一种浓度的干扰气体所产生的传感器响应来确定。 这个响应等价于一定浓度的目标气体所产生的传感器响应。这种特性在追踪多种气体的应用中是非常重要的，因为交叉灵敏度会降低测量的重复性和可靠性，理想传感器应具有高灵敏度和高选择性。

1.4 抗腐蚀性

抗腐蚀性是指传感器暴露于高体积分数目标气体 中的能力。在气体大量泄漏时，探头应能够承受期望气体体积分数10~20倍。在返回正常工作条件下，传感器漂移和零点校正值应尽可能小。

气体传感器的基本特征，即灵敏度、选择性以及稳定性等，主要通过材料的选择来确定。选择适当的材料和开发新材料 ，使气体传感器的敏感特性达到最优[1]。

2主要原理及分类

通常以气敏特性来分类，主要可分为： 半导体型气体传感器、电化学型气体传感器、固体电解质气体传感器、接触燃烧式气体传感器、光化学型气体传感器、高分子气体传感器等。

2.1 半导体气体传感器

半导体气体传感器是采用金属氧化物或金属半导 体氧化物材料做成的元件，与气体相互作用时产生表 面吸附或反应，引起以载流子运动为特征的电导率或 伏安特性或表面电位变化。 这些都是由材料的半导体性质决定的。

自从 1962年半导体金属氧化物陶瓷气体传感器问世以来，半导体气体传感器已经成为当前应用最普 遍、最具有实用价值的一类气体传感器，根据其气敏机制可以分为电阻式和非电阻式两种。

电阻式半导体气体传感器主要是指半导体金属氧 化物陶瓷气体传感器，是一种用金属氧化物薄膜（例如： SnO2，ZnO， Fe2 O3，TiO2等）制成的阻抗器件，其电阻随着气体含量不同而变化。 气味分子在薄膜表面进行还原反应以引起传感器传导率的变化。 为了消除气味分子还必须发生一次氧化反应。传感器内的加热器有助于氧化反应进程。 它具有成本低廉、制造简单、灵敏度高、响应速度快、寿命长、对湿度敏感低和电路简 单等优点。不足之处是必须工作于高温下、对气味或气体的选择性差、元件参数分散、稳定性不够理想、功率 要求高，当探测气体中混有硫化物时，容易中毒。现在除了 内容过长，仅展示头部和尾部部分文字预览，全文请查看图片预览。 Chem. 65 (1993) 3435–3440, https://doi.org/10.1021/ ac00071a017.

J. Hodgkinson, R.P. Tatam, Optical gas sensing: a review, Meas. Sci. Technol. 24 (2013), 012004, https://doi.org/10.1088/0957-0233/24/1/012004.

张某某. MEMS将成为21世纪新技术增长点[J].世界电子元器件,2002,6:52.

吴某某等.气体传感器研究进展与发展方向[J].计算机测量与控制,2003,11:732.

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