硅微机械振动轮陀螺仪非线性动力分析

传感技术学报第ｌ期半导体氧化物气敏材料的电导振荡特性研究①

张正勇刘锦淮张耀华

（中国科学院合肥智能机械研究所．台肥，２３００３１）

摘要本文对半导体氧化物气体敏感材料的电导振荡特性加以研究分析，通过试验与理论分析得出气敏电导振荡的必要条件．并对电导振荡型气体敏感元件的原理、工艺技术和结构等进行分析说明．同时，对半导体氧化物气体敏感材料的常温气体敏感特性进行归纳总结，指出其优缺点和需要解决的问题．

关键词气教材料振荡特性振荡条件常温气敏元件

引言

半导体氧化物类型的气体传感器由于其材料制备容易，结构简单，制各工艺简便，价格低，测试气体灵敏度高，测试电路简单方便等优点受到人们的欢迎．在所有的商品化气体传感器中，半导体氧化物类型的器件占大多数，它特别适用于对气体泄漏、气体浓度控制等的在线长期检测与报警．目前，人们己开发出多种半导体氧化物气敏材料，几乎所有的２～６价的具有变价态的金属氧化物及其复台氧化物都可用来作气敏材料，常见的有Ｓｎ（）：，ＺｎＯ，ＺｒＯ。，Ｆｅ：０；，Ｔｌ（）：，ＣｕＯ等氧化物，常见的复台半导体氧化物有Ｍ。ＦｅＯｓ（Ｍ代表金属）和Ｍ，ＳｎＯ；系列等．这些材料除作为固体电解质气敏材料外．无一例外是通过其在气氛条件下电导的变化来检知气体的．半导体氧化物的气体敏感机制一般认为有两种，其一是表面吸附控制型．它的敏感机理是在洁净空气中（加热到一定的温度）对氧进行表面吸附，在材料的晶界处形成势垒，该势垒阻挡电子漂移运动，电子不容易越过势垒．引起材料电导降低；在还原性被测气氛中吸附被测气体并与吸附氧交换或反应．使晶界处吸附氧脱附，晶界势垒降低，从而引起材料电导增加．其二是体效应型，其敏感机理是材料在被测气氛中金属元件价态发生变化，即半导俸氧化物材料发生了氧化还原反应．引起材料电导的变化，从而感知被测气体．要发生这些变化必需有较高的温度，所以气体敏感元件一般要加热才能正常工作．由于半导体氧化物型气敏元件需要一定的加热功率，这绐其应用带来了麻烦．在一些场合，人们希望气体检测装置能用普通的干电池供电工作很长时间．这对于一般的气体传感器及其检测装置是非常困难的．为此，人们对氧化物半导体材料的室温气敏特性进行了大量研究．一方面寻求常温气敏材料：一方面帆结构人手，尽量缩小其体积，降低其功耗．不对气敏元件进行外加热．在对其气敏特性的研究中发现其电导在某些气氛中具有振

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