半導(dǎo)體氣敏元件的工作原理

半導(dǎo)體氣敏傳感器是利用待測氣體與半導(dǎo)體(主要是金屬氧化物) 表面接觸時產(chǎn)生的電導(dǎo)率等物性的變化來檢測氣體。半導(dǎo)體氣敏器件被加熱到穩(wěn)定狀態(tài)下, 當(dāng)氣體接觸器件表面而被吸附時, 吸附分子首先在表面自由地擴散(物理吸附) , 失去其運動能量, 其間的一部分分子蒸發(fā), 殘留分子產(chǎn)生熱分解而固定在吸附處(化學(xué)吸附)。這時, 如果器件的功函數(shù)小于吸附分子的電子親和力, 則吸附分子將從器件奪取電子而變成負離子吸附。具有負離子吸附傾向的氣體有O 2和NO 2, 稱為氧化性氣體或電子接收性氣體。如果器件的功函數(shù)大于吸附分子的離解能, 吸附分子將向器件釋放電子, 而成為正離子吸附。具有這種正離子吸附傾向的氣體有H2、CO、碳氫化合物和酒類等, 稱為還原性氣體或電子供給性氣體。
當(dāng)氧化性氣體吸附到N 型半導(dǎo)體上, 還原性氣體吸附到P 型半導(dǎo)體上時, 將使載流子減少, 而使電阻增大; 相反, 當(dāng)還原性氣體吸附到N 型半導(dǎo)體上, 氧化性氣體吸附到P 型半導(dǎo)體上時, 將使載流子增多,
使電阻下降。
空氣中的氧成分大體上是恒定的, 因而氧的吸附量也是恒定的, 氣敏器件的阻值大致保持不變。如果
被測氣體流入這種氣氛中, 器件表面將產(chǎn)生吸附作用,器件的阻值將隨氣體濃度而變化, 從濃度與阻值的變
化關(guān)系即可得知被測氣體的濃度。