•                                                                          氣敏傳感器

    氣敏傳感器是用來(lái)檢測(cè)氣體濃度和成分的傳感器，它對(duì)于環(huán)境保護(hù)和安全監(jiān)督方面起著極重要的作用。氣敏傳感器是暴露在各種成分的氣體中使用的，由于檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)溫度、濕度的變化很大， 又存在大量粉塵和油霧等，所以其工作條件較惡劣，而且氣體對(duì)傳感元件的材料會(huì)產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)物，附著在元件表面，往往會(huì)使其性能變差。所以對(duì)氣敏傳感器有下列要求：能夠檢測(cè)報(bào)警氣體的允許濃度和其他標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值的氣體濃度，能長(zhǎng)期穩(wěn)定工作，重復(fù)性好，響應(yīng)速度快，共存物質(zhì)所產(chǎn)生的影響小等。 

概述

    氣敏傳感器的應(yīng)用主要有：一氧化碳?xì)怏w的檢測(cè)、瓦斯氣體的檢測(cè)、煤氣的檢測(cè)、氟利昂（R11、R12）的檢測(cè)、呼氣中乙醇的檢測(cè)、人體口腔口臭的檢測(cè)等等。

它將氣體種類(lèi)及其與濃度有關(guān)的信息轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，根據(jù)這些電信號(hào)的強(qiáng)弱就可以獲得與待測(cè)氣體在環(huán)境中的存在情況有關(guān)的信息，從而可以進(jìn)行檢測(cè)、監(jiān)控、報(bào)警；還可以通過(guò)接口電路與計(jì)算機(jī)組成自動(dòng)檢測(cè)、控制和報(bào)警系統(tǒng)。

工作原理

    聲波器件表面的波速和頻率會(huì)隨外界環(huán)境的變化而發(fā)生漂移。氣敏傳感器就是利用這種性能在壓電晶體表面涂覆一層選擇性吸附某氣體的氣敏薄膜，當(dāng)該氣敏薄膜與待測(cè)氣體相互作用（化學(xué)作用或生物作用，或者是物理吸附），使得氣敏薄膜的膜層質(zhì)量和導(dǎo)電率發(fā)生變化時(shí)，引起壓電晶體的聲表面波頻率發(fā)生漂移；氣體濃度不同，膜層質(zhì)量和導(dǎo)電率變化程度亦不同，即引起聲表面波頻率的變化也不同。通過(guò)測(cè)量聲表面波頻率的變化就可以獲得準(zhǔn)確的反應(yīng)氣體濃度的變化值。 

分類(lèi)

   1970年，荷蘭科學(xué)家Bergveld研制出了對(duì)氫離子響應(yīng)的離子敏感場(chǎng)效應(yīng)晶體管，標(biāo)志著離子敏半導(dǎo)體傳感器的誕生。半導(dǎo)體傳感器以其易于實(shí)現(xiàn)集成化，微型化、靈敏度高等諸多優(yōu)點(diǎn)，一直引起世界各國(guó)科學(xué)家的重視和興趣。由于電子技術(shù)的飛速發(fā)展，以半導(dǎo)體傳感器為代表的各種固態(tài)傳感器相繼問(wèn)世。這類(lèi)傳感器主要是以半導(dǎo)體為敏感材料，在各種物理量的作用下引起半導(dǎo)體材料內(nèi)載流子濃度或分布的變化，通過(guò)檢測(cè)這些物理特性的變化，即可反映被測(cè)參數(shù)值。它與各種結(jié)構(gòu)型傳感器相比，具有如下特點(diǎn)：

1. 由于傳感器原理是基于物理變化的，因而沒(méi)有相對(duì)運(yùn)動(dòng)部件，可以做到結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，微型化；

2. 靈敏度高，動(dòng)態(tài)性能好，輸出為電量；

3. 采用半導(dǎo)體為敏感材料容易實(shí)現(xiàn)傳感器集成化，智能化；

4. 功耗低，安全可靠。同時(shí)，半導(dǎo)體傳感器也存在以下一些缺點(diǎn)：

5. 線性范圍窄，在精度要求高的場(chǎng)合應(yīng)采用線性化補(bǔ)償電路；

6. 與所有半導(dǎo)體元件一樣，輸出特性易受溫度影響而漂移，所以應(yīng)采用補(bǔ)償措施；

7. 性能參數(shù)離散性大。

      雖然存在上述問(wèn)題，但半導(dǎo)體傳感器仍是傳感器發(fā)展的重要方向，尤其是大規(guī)模集成電路技術(shù)的不斷發(fā)展，半導(dǎo)體傳感器的技術(shù)也日臻完善。

從所使用的材料來(lái)看，凡是使用半導(dǎo)體為材料的傳感器都屬于半導(dǎo)體式傳感器，如，霍爾元件、光敏、磁敏、二極管和三極管熱敏電阻、壓阻式傳感器、光電池、氣敏、濕敏、色敏和離子敏等傳感器。有些內(nèi)容與其他傳感器互相交叉，已在其它章中介紹。本章主要介紹氣敏、濕敏、磁敏、色敏和離子敏半導(dǎo)體式傳感器。

應(yīng)用

    氣敏傳感器的應(yīng)用主要有：一氧化碳?xì)怏w的檢測(cè)、瓦斯氣體的檢測(cè)、煤氣的檢測(cè)、氟利昂勠11、R12蘺檢測(cè)、呼氣中乙醇的檢測(cè)、人體口腔口臭的檢測(cè)等等。它將氣體種類(lèi)及其與濃度有關(guān)的信息轉(zhuǎn)換成電信號(hào)根據(jù)這些電信號(hào)的強(qiáng)弱就可以獲得與待測(cè)氣體在環(huán)境中的存在情況有關(guān)的信息從而可以進(jìn)行檢測(cè)、監(jiān)控、報(bào)警還可以通過(guò)接口電路與計(jì)算機(jī)組成自動(dòng)檢測(cè)、控制和報(bào)警系統(tǒng)。 由于氣體種類(lèi)繁多, 性質(zhì)各不相同不可能用一種傳感器檢測(cè)所有類(lèi)別的氣體因此能實(shí)現(xiàn)氣-電轉(zhuǎn)換的傳感器種類(lèi)很多按構(gòu)成氣敏傳感器材料可分為半導(dǎo)體和非半導(dǎo)體兩大類(lèi)。目前實(shí)際使用最多的是半導(dǎo)體氣敏傳感器因此本文主要講述半導(dǎo)體氣敏元件的有關(guān)原理及應(yīng)用。

    半導(dǎo)體氣敏傳感器是利用待測(cè)氣體與半導(dǎo)體表面接觸時(shí)，產(chǎn)生的電導(dǎo)率等物理性質(zhì)變化來(lái)檢測(cè)氣體的。 按照半導(dǎo)體與氣體相互作用時(shí)產(chǎn)生的變化只限于半導(dǎo)體表面或深入到半導(dǎo)體內(nèi)部，可分為表面控制型和體控制型，前者半導(dǎo)體表面吸附的氣體與半導(dǎo)體間發(fā)生電子接受，結(jié)果使半導(dǎo)體的電導(dǎo)率等物理性質(zhì)發(fā)生變化，但內(nèi)部化學(xué)組成不變，后者半導(dǎo)體與氣體的反應(yīng)，使半導(dǎo)體內(nèi)部組成發(fā)生變化而使電導(dǎo)率變化。 按照半導(dǎo)體變化的物理特性，又可分為電阻型和非電阻型，電阻型半導(dǎo)體氣敏元件是利用敏感材料接觸氣體時(shí)，其阻值變化來(lái)檢測(cè)氣體的成分或濃度廠半導(dǎo)體式氣敏元件則是根據(jù)氣體的吸附和反應(yīng)，使其某些關(guān)系特性發(fā)生改變無(wú)對(duì)氣體進(jìn)行直接或間接的檢測(cè)，如二極管伏安特性和場(chǎng)效應(yīng)晶體管的閾值電壓變化來(lái)檢測(cè)被測(cè)氣體的。