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经验科普|半导体气体传感器原理及引用介绍

2023年01月26日 10:31:53      来源:郑州炜盛电子科技有限公司 >> 进入该公司展台      阅读量:0

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半导体指常温下导电性能介于导体与绝缘体之间的材料。半导体在集成电路、消费电子、通信系统、光伏发电、照明应用、大功率电源转换等领域应用。如二极管就是采用半导体制作的器件。无论从科技或是经济发展的角度来看,半导体的重要性都是非常巨大的。

半导体气体传感器原理

正如上文所述,半导体气体传感器的敏感材料就是这么一种物质。在真空中(没有外界干扰时),半导体材料内部有很多电子可以导电,很奇妙,在半导体在接触空气后会吸附氧,氧会捕获并固定那些半导体内的电子,更奇妙的是:在此状态下如果半导体接触到象甲烷这样的气体,甲烷就会把氧气反应掉,那些被氧捕获的电子就重获自由,回到半导体内,改善其导电性能。这个过程是电子在氧和半导体之间倒腾的过程,电子被氧固定时,半导体电阻变大;甲烷反应掉氧,电子回到半导体中时,半导体电阻就小。电阻变化就和甲烷有、无、多少相关联,测半导体电阻变化就可以知道对应的甲烷的多少。

用于气体传感器的半导体材料还需要具备以下条件:

a、易获得;

b、在较低温度下对氧气和目标气体有很好的吸附能力,二者有很好的化学反应能力、并在该温度下对反应产物有较好的脱附能力;

c、与其它辅助材料成型后有较好的相融性、化学稳定性、并有适合的微缺陷电导率等。

符合这种条件的常见材料二氧化锡、氧化钨、氧化铟、偏锡酸锌等。

这里最重要的概念与性能的对应关系:

温度-功耗、漂移;

吸附及化学反应-灵敏度、选择性、漂移、线性及响应时间;

脱附-恢复时间。

半导体气体传感器的致命弱点:

功耗大、漂移、线性差均与上述好应关系相关。

漂移:传感器会吸附氧气,当氧气浓度变化时 (如雨天,氧浓度变小),吸附量会变化,零点必会漂啊漂。总之半导体气体传感器的弱点首先是由其工作原理决定的,是先天的。后天设计、制造可以改善,但不能消除。

半导体气体传感器的未来:

在众多的气体传感器门类中,半导体传感器将是发展前景的气体传感器

原因就在于其工作原理、传感过程极其简单,即气体信息只需一个步聚就可以变为电信号;其二传感载体稳定;其三为廉价。这样的特点不仅为其进化提供了清楚的路径和空间,也为未来的大规模布设提供了经济上的可行性。

半导体气体传感器最清晰的进化路径有两条,一是常温敏感材料,二是MEMS化。

目的是降低功耗、降低工作温度。功耗和工作温度极其重要。

首先:智能终端在工作时,Mcu需要进行大量计算,即有巨量的电子在体内流动,发热、温升,没有散热措施,发热是正常的,热的传感器会烤着它,让 Mcu死的更快。

其二:提高智能终端的可靠性、减小体积和重量,多传感器及与调理电路(Asic)集成是必由路径,传感器加热结构的设计制造通常与其他器件制造工艺不兼容,会成为和集成发展的阻碍。

其三:无线分布式传感网只有在低功耗的前提下才更经济可行。

半导体气体传感器的两条进化路径均已进行多年并取得进展。其中MEMS化的半导体气体传感器已有市场销售。常温敏感材料需要在敏感机理上有突破,因此成熟尚需时日。郑州炜盛电子科技有限公司生产的半导体气体传感器,具有灵敏度高、寿命长等多个优点,尤其是可燃气体传感器,在众多半导体传感器中脱颖而出,可以广泛应用于家庭和工业可燃气体检测。

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