第五章;5.1气体传感器概述;一、气体传感器分类：
1.按检测方法分类：
电气法：半导体气体器件
电化学法：电极和电解液
光学法：气体对光的折射率或光吸收等特性。;三、气体传感器的主要参数与特性;2.响应时间：
从气敏元件与被测气体接触，到其阻值达到新的恒定值所需要的时间，表示元件对被测气体的反应速度。;5.温度特性：
灵敏度随温度变化的特性。元件自身温度与环境温度对灵敏度都有影响，前者的影响相当大，采用温度补偿方法。
气敏元件一般工作在200℃以上高温，用加热电阻为气敏元件提供必要工作温度。;8.初期稳定时间
长期在非工作状态下存放的气敏元件,因表面吸附空气中的水分或者其他气体,导致其表面状态的变化，在加上电负荷后,随着元件温度的升高,发生解吸现象。
使气敏元件恢复正常工作状态,需要一定的时间,称为气敏元件的初期稳定时间。
一般电阻型气敏元件,在刚通电的瞬间,其电阻值将下降,然后再上升,最后达到稳定。由开始通电直到气敏元件阻值到达稳定所需时间,称为初期稳定时间。
初期稳定时间是敏感元件存放时间和环境状态的函数。在一般条件下,气敏元件存放两周以后,其初期稳定时间即可达最大值。
;一、定义：
表面控制型半导体气敏元件:
SnO2(二氧化锡)、ZnO(氧化锌)、WO3(三氧化钨)等，表面吸附某种气体时，会引起电导率的变化。;二、解释：
气体分子与半导体表面分子的关系：电子
气体分子吸附电子：负离子吸附
气体分子供给电子：正离子吸附
※负离子吸附
发生条件：
当气体分子的亲和能半导体表面的电子逸出功时，气体从表面夺取电子而形成负离子吸附，如氧气、氧化氮；;负离子吸附对半导体导电能力的影响：
N型半导体：
若在N型表面形成负离子吸附，则表面多数载流子（电子）浓度减少，电阻增加。
P型半导体：
若在P型表面形成负离子吸附,表面多数载流子（空穴）浓度增大，电阻减小。;※正离子吸附
发生条件：
若气体分子的电离能半导体表面的电子逸出功，则气体供给半导体表面电子，形成正离子吸附??如H2、CO、C2H5OH(乙醇)及各种碳氢化合物；
正离子吸附对半导体导电能力的影响：
N型半导体：
当N型表面形成正离子吸附时，多数载流子（电子）浓度增加，电阻减小。;P型半导体：
当P型表面形成正离子吸附时，多数载流子（空穴）浓度减少，电阻增加。
气敏性：吸附气体电阻变化;一、工作原理;添加剂：
提高灵敏度：添加2～5%的贵金属（铂、钯ba等）；
提高气体识别能力：添加微量的稀土元素；
提高对乙炔的选择性：添加适量的氧化银以及少量的四氯化锡、酸洗石棉；
改善热稳定性和响应特性：添加少量的氧化物（如Sb2O3、VO5、MgO、氧化铅等）可以等等。;二、SnO2气敏元件;（l）直热式SnO2气敏元件----又称内热式器件;（2）旁热式SnO2气敏元件;优点：
①用丝网印刷技术由浆料制备而成。
②与厚膜混合IC工艺较好相容，易集成。
③用微组装技术与IC芯片组装在一起。;3.薄膜型SnO2气敏元件;对乙醇气体的灵敏度很高
温度特性：
对C2H5OH在350～400℃时灵敏度最高；
对CO在250℃时灵敏度最高。
利用温度特性可实现对不同气体的选择性检测。
响应时间和恢复时间的温度特性：
随着温度升高，响应和恢复时间变短。;ZnO敏感特性：
过剩的Zn离子、吸附氧分子、氧分子夺取电子，电阻值上升。
还原性气体、催化剂作用下，吸附的氧脱离半导体、电阻下降有极大的影响。;Pt（铂）为催化剂;2.薄膜型ZnO气敏元件;3.多层式ZnO气敏元件;一、WO3系气敏元件;二、非晶态SiO2;将材料的体电阻随某种气体的浓度发生变化的传感器。
目前应用最多的是Fe2O3和TiO2等氧化物半导体气敏元件。;Fe2O3的晶体结构有亚稳态的尖晶石γ-Fe2O3和稳定态的刚玉结构α-Fe2O3两种；
γ-Fe2O3、α-Fe2O3、ABO3型化合物等材料制成的气敏元件都是体控制型；
这类气敏元件都与O2密切相关。;二、α-Fe2O3气敏元件;α-Fe2O3气敏传感器的电阻随环境温度的上升而下降
元件阻值Rs也会随湿度而变化;TiO2是具有金红石结构的N型半导体
在高温下才有明显的氧敏特性。
添加贵金属铂作为催化剂;一、多层薄膜气敏传感器;二、混合厚膜型气敏传感器