什么是半导体气体传感器？它有哪些基本类型？气体传感器的发展动态如何

半导体气体传感器是利用半导体气敏元件作为敏感元件的气体传感器，是最常见的气体传感器，广泛应用于家庭和工厂的可燃气体泄露检测装置，适用于甲烷、液化气、氢气等的检测。

按照半导体变化的物理性质，又可分为电阻型和非电阻型两种。电阻型半导体气体传感器是利用半导体接触气体时其阻值的改变来检测气体的成分或浓度。

而非电阻型半导体气体传感器则是根据对气体的吸附和反应，使半导体的某些特性发生变化对气体进行直接或间接检测。

扩展资料：

半导体气体传感器是利用气体在半导体表面的氧化还原反应导致敏感元件电阻值发生变化而制成的。

当半导体器件被加热到稳定状态，在气体接触半导体表面而被吸附时，被吸附的分子首先在物体表面自由扩散，失去运动能量，一部分分子被蒸发掉。

另一部分残留分子产生热分解吸附在物体表面。当半导体的功函数小于吸附分子的亲和力，则吸附分子将从器件夺走电子而变成负离子吸附，半导体表面呈现电荷层。

参考资料来源：百度百科-半导体气体传感器

氢气在航天航空和冶金等行业中具有广泛的应用。氢气被称为终极能源，一是氢气制取用的是水，二是氢气完成使命后又排放的也仅有水。多么美好的事物。是人类最后的救赎还是走向毁灭的引子，这个不知道。但是为了用好氢能源，很多专家，学者，机构都在做各个领域做着各种尝试和努力。为了能快速准确的检测出这种无色，无味，又极易挥发，燃点又低氢气，气体传感器领域的专家，学者们也是很忙。今天就跟小编一起来围观看看，大家都忙了些什么成果出来。

已有成熟产品：

1、电化学原理测氢气。产品很多，CITY公司就有1000ppm，1%vol，4%vol等量程可选，其中3HYT，4HYT，7HYE是带CO过滤的。其他品牌的氢气传感器量程可选性更多，品质也多少会有差别。总体来说电化学氢气的优点是甲烷对其检测不影响，且灵敏度高。但产品稳定性都不算很好。另外有德国EC有推出的固态电化学氢气传感器，量程也有1000ppm，20000ppm。和其他固态电化学原理传感器一样，优点最明显的就是耐高浓冲击，比如20000ppm扩展到40000ppm用是一定问题没有的。

2、催化原理测氢气。产品更多，基本催化传感器都能测氢气，但是效果都不算很好，尤其是分辨率不够。其中有两款产品脱颖而出，一是MICRO Pel75系列，由于T90小于5S（甲烷测试）。另外是MP7217由于低功耗，和小巧的身材。

3、其他非色散红外原理没有氢气传感器，激光原理有段时间国内有家公司推出过意向产品，随后却不了了之，估计是由于氢气分子的特殊性，这两种原理难度较大。

4、半导体原理测氢气。基本谁家的半导体都能测。优点是分辨率高，缺点是受干扰严重误差大。我公司测试过5524、707等几种产品，技术给出的意见是就比哪家产品零点稳定，其他性能差不多。

5、热导原理主要用于测纯度，产品在市场上应用比较少，一些专用的分析设备中偶尔会见到它们的身影。

新动向新产品：

1、将一种金属纳米颗粒封装在聚合物材料中制成的光学纳米氢气传感器。该设想基于等离子光学现象。环境中氢气含量发生变化，影响了纳米颗粒被照射并捕获的可见光，从而使传感器呈现不同颜色来检测氢气。据介绍该传感器能够在不到1秒的时间内检测到空气中1000ppm的氢气。

2、有机纳米纤维氢气传感器。通过直流磁控溅镀薄膜沉积工艺，将钯纳米粒子沉积在有机纳米纤维材料上制成。据介绍该传感器有两大优点，1是工作温度范围宽，且温度越高响应时间更快。2、灵敏度高，可以检测5ppm的氢气，且灵敏度漂移很少。

3、MEMs工艺热导氢气传感器。MPS自动校准可燃气传感器，数字和模拟双输出，不会中毒，且功耗低。据介绍这款传感器T90小于10S（甲烷测试），分辨率0.1%LEL（甲烷测试），寿命可以达到5年且只需要1年校准一次，功耗55mW。测氢气的表现能力还需要验证。

综上所述，我们认为组合使用各种原理的气体传感器是最好的发展，两种或三种以上传感器相互取长补短。

通常根据氢气与半导体反应的场所是在表面还是内部，将半导体型传感器分为表面控制型和体控制型；根据测量半导体的物理量是电阻还是晶体管参数，也可将传感器分为电阻型和非电阻型。

电阻型半导体传感器主要以金属氧化物作为氢敏材料，根据气敏机理的吸附-脱附机理，传感器首先对空气中的氧气进行吸附，这是一个由物理吸附到化学吸附的过程。在一定条件下氧夺取氢敏材料表面电子并产生一种晶格氧，材料表面电子减少，就会产生空间电荷区，使能带弯曲，使得电导率下降。当传感器吸附氢后，氢会夺取表面晶格氧，生成水，同时释放电子，使导带弯曲程度减弱。随着氧缺位的增加，半导体表面的电导增大，从而造成半导体电阻阻值减小。这两种过程不可逆，在一定温度和氢气氛围下达到稳态平衡，化学吸附氧离子达到一平衡值，从而决定了氧化物的电导。根据电阻率大小与氢气浓度之间的函数关系，就可以测出空气中氢气浓度。然而，单一的金属氧化物制得的传感器通常存在对还原性气体的选择性较差、灵敏度不高的缺点，通常用氧化物或贵金属掺杂的方式提高传感器对氢气的选择性。

非电阻型半导体传感器主要用肖基特（金属-半导体）二极管或MOSFET（金属-氧化物-半导体场效应晶体管）作氢敏材料，一般检测气体引起的电容或势垒等非电阻电学量的变化。肖基特二极管通常以金属Pd或Pb作正极，用禁带较宽的n型半导体SiC、GaN等材料作负极。传感器与氢气接触后，氢气通过催化金属分解为氢原子，扩散到金属与半导体的界面处，在偏置电压下发生极化，使肖基特势垒降低。根据二极管两端电压变化就可以确定氢气浓度。

以n型MOSFET为例，通常用金属Pd作MOSFET的栅极电极。根据MOS管的结构特点，可将其电容视为氧化层电容和耗尽层电容的串联，MOS电容与栅压关系称为MOS管的C-V特性。当栅源电压大于阈值电压（开启电压）时，源漏之间就会产生n型反型沟道，使源漏两极导通。对于实际的阈值电压，还要考虑金属与半导体的功函数，抵消接触电势差的影响。当氢气经栅极吸附会使金属Pd的功函数降低，表面能带向下弯曲，阈值电压也将相应降低，所需施加的栅源电压与栅极接触氢气前的电压比，也会降低。于是MOS电容的C-V特性曲线向负栅压方向平移，根据这个特性能够测量氢气浓度。

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