電阻型半導(dǎo)體氣體傳感器的概況

王紅勤 楊修春 蔣丹宇

（1.同濟(jì)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，上海200092；2.中國科學(xué)院上海硅酸鹽研究所，上海200050）

0 引言

傳感技術(shù)是當(dāng)今世界發(fā)展最為迅速的高新技術(shù)之一，從70年代末以來，由于電子計算機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展，以及對智能機(jī)器人的需要，世界各國普遍重視了傳感器的研究開發(fā)工作[1]。日本是最早研究傳感器的國家，也是研究傳感器技術(shù)比較成熟的一個國家，相比較而言，我國這項技術(shù)起步較晚，技術(shù)稍顯落后。隨著科技水平的發(fā)展，氣體檢測在地震預(yù)報、礦井安全、石油勘探、醫(yī)療衛(wèi)生、污染源檢測、化工過程控制、冶金等傳統(tǒng)工業(yè)乃至現(xiàn)在所有的新技術(shù)革命帶頭學(xué)科如生物科學(xué)、微電子學(xué)、新型材料等領(lǐng)域均有著越來越廣泛的應(yīng)用[2]。隨著人們生活水平的提高及社會發(fā)展的需要，對氣體傳感器的要求也越來越高，需要檢測的氣體種類也越來越多，由原來的還原性氣體(H2、C4H10、CH4等)擴(kuò)展到毒性氣體（CO、NO2、H2S、NO、NH3、PH4等）以及與食品有關(guān)的氣體（魚品新鮮度的三甲胺、醋酸乙酯等），為了滿足這些要求，氣體傳感器一定要具有較高的靈敏度和選擇性，重復(fù)性和穩(wěn)定性要好，要能大批量生產(chǎn)，并且性價比一定要高，這樣才能在氣體傳感器商品化的道路上邁出很大的一步。目前檢測氣體的方法和手段已經(jīng)非常多，主要包括電化學(xué)法、氣象色譜法、導(dǎo)熱法、紅外吸收法、接觸燃燒法、半導(dǎo)體氣體傳感器檢測法、光纖法[3-9],自從1962年半導(dǎo)體金屬氧化物陶瓷氣體傳感器問世以來，半導(dǎo)體氣體傳感器由于具有靈敏度高、響應(yīng)時間快等優(yōu)點，其產(chǎn)品發(fā)展非常迅速，目前已成為世界上產(chǎn)量最大、應(yīng)用最廣的傳感器之一。半導(dǎo)體氣體傳感器，是利用半導(dǎo)體氣體傳感器同被測氣體接觸，產(chǎn)生半導(dǎo)體特性（如電阻等電學(xué)性質(zhì)）變化原理，來檢測氣體成分或測量氣體濃度的傳感器的統(tǒng)稱。半導(dǎo)體式氣體傳感器大體上可以分為電阻型和非電阻型兩種。電阻型大多數(shù)用氧化錫、氧化鋅等金屬氧化物半導(dǎo)體材料制作氣體傳感器，非電阻型有金屬/半導(dǎo)體結(jié)型二極管和MOS-FET等。本文主要概述關(guān)于電阻型氣體傳感器的結(jié)構(gòu)原理，制備方法，性能特點及其優(yōu)缺點和以后的研究方向。

半導(dǎo)體氣體傳感器按結(jié)構(gòu)分類，有燒結(jié)型、厚膜型、薄膜型；按功能分類，有單功能型、多功能型；按檢測方式分類，有表面控制型、體控制型氣體傳感器。表面控制型氣體傳感器指半導(dǎo)體同被檢測氣體的相互作用主要限于半導(dǎo)體表面，體控制型氣體傳感器指其相互作用涉及半導(dǎo)體內(nèi)部。本文按第三種分類進(jìn)行綜述。

1 表面控制型氣體傳感器

1.1 表面控制型氣體傳感器的結(jié)構(gòu)及工作原理

表面控制型氣體傳感器可分為非加熱式（自加熱式）、直熱式、旁熱式、燒結(jié)型氣體傳感器、厚膜型氣體傳感器及薄膜型氣體傳感器等[10]。目前已商品化的有SnO2，ZnO等。這里簡述其結(jié)構(gòu)、原理和制造工藝。

1.1.1 表面控制型氣體傳感器的結(jié)構(gòu)

表面控制型氣體傳感器的結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1（a）是燒結(jié)型元件，即先將金屬氧化物漿料涂布在貴金屬電極周圍使之成型，然后通電流加熱或在低溫下燒結(jié)。制作方法簡單，但選定燒結(jié)溫度很重要。若燒結(jié)溫度過低，則元件的機(jī)械強(qiáng)度不好；若燒結(jié)溫度過高且升溫速度快，則元件的性能不好。（b）是薄膜型元件，其制作方法是將金屬氧化物及電極蒸發(fā)或噴射到絕緣基片上使之成膜。制備雖然簡單，但元件之間的特性差異很大。（c）是厚膜型元件，利用絲網(wǎng)印刷工藝將含氧化物半導(dǎo)體的漿料印刷到絕緣基片上制成厚膜，其工藝性、元件強(qiáng)度、特性均好。

1.1.2 表面型氣體傳感器的工作原理

半導(dǎo)體氣敏傳感器一般有三部分組成：敏感元件、加熱器和外殼。氣敏材料作為傳感器最為關(guān)鍵的一部分，其性質(zhì)直接影響到傳感器的性能，常見的電阻式敏感材料主要分為金屬氧化物類、復(fù)合類、高分子類。由于氣敏材料的多樣性，所以氣體傳感器的氣敏機(jī)理很復(fù)雜，要給出一個統(tǒng)一的理論解釋是比較困難的。本文以N型半導(dǎo)體氣敏傳感器為例來介紹一下表面型氣體傳感器的工作原理。

當(dāng)半導(dǎo)體表面上吸附氣體分子時，在半導(dǎo)體與氣體之間引起電子轉(zhuǎn)移。氣體分子從半導(dǎo)體中獲得一個電子時,該氣體放出的能量叫做電子的親和勢,常用A表示。半導(dǎo)體功函數(shù)用Ps表示。當(dāng)A＞Ps時，半導(dǎo)體的費米能級與價電子之間，相當(dāng)產(chǎn)生一個新的吸附能級，為此，半導(dǎo)體中電荷產(chǎn)生再分配，位于半導(dǎo)體導(dǎo)帶的電子向位于低能級的吸附粒子轉(zhuǎn)移，結(jié)果，吸附粒子獲負(fù)電，這叫做負(fù)電荷吸附，能帶也發(fā)生彎曲，向上彎曲。反之，當(dāng)A＜Ps時，吸附粒子的電子能級處于比半導(dǎo)體的費米能級高的位置，由于主體的吸附，電子從氣體向半導(dǎo)體側(cè)移動，吸附粒子因失去電子帶正電，成正電荷吸附，能帶向與負(fù)電荷吸附相反的方向彎曲，即向下彎曲。正是由于半導(dǎo)體表面和氣體之間的正負(fù)吸附的發(fā)生，才引起氣體傳感器中氣敏材料的電導(dǎo)率變化，對于N型半導(dǎo)體表面，氣體進(jìn)行正電荷吸附時，因氣體向?qū)Х懦鲭娮樱雽?dǎo)體的導(dǎo)電電子數(shù)增加，引起電導(dǎo)率增加。反之，負(fù)電荷吸附時，半導(dǎo)體的導(dǎo)電電子數(shù)減少，電導(dǎo)率下降。這種變化只發(fā)生在表面空間電荷區(qū)內(nèi)，在這個區(qū)域內(nèi)的電導(dǎo)率的變化相應(yīng)于氣體吸附量的變化，是由于吸附引起導(dǎo)電電子數(shù)增減，隨氣體吸附量的變化而變化。如果是P型半導(dǎo)體金屬氧化物傳感器，例如NiO和Cu2O等，則發(fā)生完全相反的情況[11-13]。

半導(dǎo)體傳感器與氣體接觸后，電導(dǎo)率變化的現(xiàn)象是復(fù)雜的，有時不能用上述原理來說明。如ZnO與水蒸氣，SnO2與H2接觸時，電導(dǎo)率有時增加，有時減少，因此，還需不斷深入研究。

1.2 表面控制型氣體傳感器舉例

1.2.1 ZnO半導(dǎo)體氧傳感器

圖1 表面控制型氣體傳感器的結(jié)構(gòu)Fig.1 Structure of surface-controlled type

圖2 N i O氧傳感器測試電路Fig.2 Test circuit for NiO thin film oxygen sensor

ZnO半導(dǎo)體傳感器是常用的檢測還原性氣體的一種表面控制型氣體傳感器，是一種N型半導(dǎo)體，近年來對ZnO的研究主要集中在提高其氣體靈敏度和氣體選擇性方面，其中貴金屬摻雜，氧化物復(fù)合，ZnO納米線化，光激發(fā)ZnO等是比較有效的措施，而且取得了明顯的進(jìn)展[14-21]。其工作原理就像上文所說的那樣，其具體的敏感機(jī)理是：ZnO半導(dǎo)體中存在過剩的Zn離子，在空氣中吸附了氧分子，引起半導(dǎo)體的導(dǎo)電率下降、電阻上升，在催化劑的作用下，促進(jìn)了吸附過程，在上述狀態(tài)下，導(dǎo)入還原性氣體，催化劑促進(jìn)了還原性氣體與吸附的氧發(fā)生反應(yīng)，從而半導(dǎo)體的氧化被中斷，當(dāng)氧脫離半導(dǎo)體表面后，其電導(dǎo)率上升，電阻則下降[22]。

ZnO系燒結(jié)型H2S氣體傳感器適用于低濃度H2S氣體檢測，當(dāng)H2S濃度＜100μ/g時，靈敏度K與H2S濃度C的對數(shù)呈線性關(guān)系，它可用于10μ/g～100μ/g的H2S氣體的定量檢測，它的響應(yīng)恢復(fù)特性在一定的溫度和濃度下比較好，而且它還具有較好的選擇性，抗?jié)裥砸埠軓?qiáng)。由于它不含Pd，Pt等貴金屬，避免了中毒、老化，有較好的穩(wěn)定性，所以它是一種選擇性好、靈敏度、穩(wěn)定性高的一種新型H2S氣體傳感器，目前已得到推廣與應(yīng)用。

1.2.2 NiO燒結(jié)型氧傳感器

NiO燒結(jié)型氧傳感器的制作與結(jié)構(gòu)：將以共沉淀法制成的NiO基體材料和堿金屬添加劑按一定比例在瑪瑙研缽中混勻，加入適量的粘合劑，研磨4h，使其均勻并呈漿糊狀。將其滴在直徑為0.025mm的Pt絲上，在紅外燈下烘干，再在其上貼上Φ0.05mm的Pt絲電極烘干，經(jīng)高溫（850℃）燒結(jié)而成。

NiO氧傳感器的測試電路見圖2。

傳感器的靈敏度與氧濃度的關(guān)系：NiO氧傳感器的靈敏度（用色譜儀測出的峰高，用H表示）與氧含量的關(guān)系曲線見圖3所示。

圖3 N i O氧傳感的靈敏度與氧含量的關(guān)系Fig.3 Dependence of NiO thin film oxygen sensor sensitivity and oxygen content

傳感器的穩(wěn)定性：NiO氧傳感器在色譜儀上可連續(xù)工作一年，其靈敏度變化不大。

綜上可見，NiO氧傳感器由于其靈敏度高（檢測下限濃度可達(dá)10～9級），響應(yīng)快（約為10s），穩(wěn)定性好，它已成功地應(yīng)用在氣敏色譜儀中作為檢定器進(jìn)行高純氣體中微量氧的定量分析。

1.2.3 WO3燒結(jié)型NO2氣體傳感器

三氧化鎢（WO3）是最近幾年開發(fā)出來的具有優(yōu)良?xì)饷籼匦缘陌雽?dǎo)體材料，由于它對氨和氮氧化物氣體十分敏感，在某些特定的場合具有實用價值。目前對它的敏感機(jī)理和改性研究進(jìn)行得較為活躍[23-24]，已有報道顯示[25]：在氣氛中氨含量低于5×10-5時，純WO3敏感性能差，當(dāng)雜某些貴金屬（如Au、Rh、Pd、Ag等）作催化劑對其進(jìn)行改性后，測試發(fā)現(xiàn)摻Au的WO3材料對NH3的敏感性最好，其最佳工作溫度為450℃，能夠檢測氣氛中氨含量的范圍為5×10-6～5×10-5。Au-WO3敏感材料對氨的靈敏度隨Au含量的增大呈現(xiàn)先上升后減小的趨勢，并且其在空氣中的電阻與Au含量的關(guān)系也呈相似的趨勢。

貴金屬催化劑對半導(dǎo)體氣敏材料的電阻和敏感特性影響很大，貴金屬在半導(dǎo)體表面的催化機(jī)理較為復(fù)雜，一般說來，貴金屬對半導(dǎo)體的作用是加強(qiáng)氧吸附，使其接觸勢壘增高，費米能級降低，從而使敏感體電阻增大[26]。測定的影響情況見表1，由表中數(shù)據(jù)可以看出此類傳感器對NO2選擇性比較好。

表1 氣體選擇性比較Tab.1 Gas selectivity of the sensor

圖4 體控制型氣體傳感器結(jié)構(gòu)舉例Fig.4 Structure of bulk-controlled type

2 體控制型氣體傳感器

2.1 體控制型氣體傳感器的結(jié)構(gòu)及工作原理

2.1.1 體控制型氣體傳感器工作原理

體控制型氣體傳感器是主要由γ-Fe2O3、TiO2、CoO、NiO、MgO等氧化物材料制作的氣敏元件所制成的氣體傳感器，是借助物質(zhì)的吸附作用引起體原子價態(tài)的變化而導(dǎo)致半導(dǎo)體電阻不同來識別不同物質(zhì)的，主要是由于氣體與半導(dǎo)體氣體傳感器的敏感材料內(nèi)部發(fā)生相互作用時電子之間的相互轉(zhuǎn)移。此類傳感器中作為敏感材料的金屬氧化物大多數(shù)采用非化學(xué)計量配比組成。當(dāng)接觸可燃?xì)怏w時，因改變其內(nèi)部組成（晶格缺陷）而使敏感體的阻值發(fā)生變化。這就是一般情況下體控制型氣體傳感器的敏感機(jī)理。這類傳感器目前實用的有γ-Fe2O3燒結(jié)型氣體傳感器、TiO2控制燃燒型氣體傳感器、MgO氣體傳感器。

2.1.2 體控制型氣體傳感器結(jié)構(gòu)

體控制型氣體傳感器的結(jié)構(gòu)舉例如圖4所示。

2.2 體控制型氣體傳感器舉例

2.2.1 Fe2O3氣體傳感器

圖5 氧化鐵的氧化還原及轉(zhuǎn)移過程Fig.5 Oxidation,reduction and phase transfer of Fe3O4

Fe2O3按其晶向不同分為α-Fe2O3和γ-Fe2O3，它們與Fe3O4之間存在如圖5所示的關(guān)系。Fe2O3是電阻值非常小的材料，若將其在400℃以下的低溫進(jìn)行氧化則成為阻值高的γ-Fe2O3，然后將這種γ-Fe2O3在高溫下加熱則相變?yōu)棣?Fe2O3，而且反過來γ-Fe2O3比較容易地還原成Fe3O4。這就是說，在Fe3O4和γ-Fe2O3之間存在可逆的氧化還原過程，這就是γ-Fe2O3燒結(jié)型氣體傳感器檢測機(jī)理的基礎(chǔ)[27]。

γ-Fe2O3氣體傳感器用于檢測液化石油氣，該傳感器的特點是對丙烷、丁烷的選擇性高，而且基本上不受醇類及水蒸氣所影響。圖5（a）示出該傳感器的結(jié)構(gòu)。該氣體傳感器由電阻體、加熱線圈、防爆網(wǎng)及封裝部分所組成，加熱線圈采用均熱性好的螺旋狀旁熱方式，在兩根引線上加所規(guī)定的電壓，電阻體加熱到400～420℃，通過測定引線間的電阻值來測定氣體的感應(yīng)特性。γ-Fe2O3氣體傳感器已獲得實際應(yīng)用，用于一般家庭的液化石油氣泄漏報警器，1977年6月通過了日本高壓氣體保安協(xié)會檢定規(guī)定的全部項目。

α-Fe2O3對氣體的靈敏度本來很小，但如果將粒子細(xì)微化來提高元件的多孔性（表面積130m2/g），則氣體靈敏度增大很多。因此已采用α-Fe2O3制作氣體傳感器來檢測煤氣。

2.2.2 TiO2氣體傳感器

半導(dǎo)體TiO2是常見的n型氧化物半導(dǎo)體氧敏材料。這種氧化物是缺氧型氧化物，在氧分壓低的介質(zhì)氣體中由于氧缺陷而構(gòu)成電子傳導(dǎo)型半導(dǎo)體[28]。TiO2氧傳感器對汽油中的鉛化物具有良好的穩(wěn)定性。通過摻入Pt、Nb等，可使傳感器在λ=1處的電導(dǎo)率變化很大，具有良好的空燃比析出特性，而且電導(dǎo)率與溫度的依賴性小，響應(yīng)也快。在1982年才開始實際應(yīng)用于氟利昂泄漏、魚制品加工業(yè)中三甲胺等的檢測。TiO2的本征缺陷有Ti3+和Ti4+和Vo。根據(jù)缺陷方程，可推得其電阻、氧分壓、溫度之間的關(guān)系：

圖6 T i O2電阻隨空燃比A/F變化Fig.6 Dependence of TiO2thin film resistance on air/fuel ratio

圖7 催化發(fā)光反應(yīng)器示意圖Fig.7 Cataluminescence reactor

其中，A為常數(shù)，E為導(dǎo)電活化能，x=4～6，R為氣體常數(shù)。

從式（1）可以看出，當(dāng)溫度保持恒定時，氧敏阻值只依賴于氣體中的氧濃度，這是TiO2不同于ZrO2氧傳感器的一個優(yōu)點。TiO2傳感器有多孔片狀、厚膜型、薄膜型，目前正朝納米薄膜方向發(fā)展[29-32]。在氧化還原氣氛中，平衡氧分壓分別為10-3和10-21MPa左右。氧化態(tài)阻值 Rs（ox）、還原態(tài)阻值 Rs（re）在 600～650℃區(qū)間明顯轉(zhuǎn)折，這是由于TiO2中占主導(dǎo)的缺陷形式隨溫度、氣氛發(fā)生改變。圖6示出了TiO2電阻隨空燃比A/F變化的規(guī)律。

圖8 不同濃度的醋酸乙烯酯蒸氣的催化發(fā)光響應(yīng)曲線Fig.8 Dependence of cataluminescence response on concentration of vinyl acetate vapor

TiO2氧敏傳感器的響應(yīng)時間依賴于體缺陷與環(huán)境氧分壓達(dá)到平衡所需的時間，故強(qiáng)烈地依賴于敏感材料的空隙度?？障抖仍酱螅憫?yīng)時間越短，直至在某一密度處，響應(yīng)時間不再縮短。這個極限時間還可通過摻人貴金屬催化劑Pt和Pa而進(jìn)一步縮短。這個方法在較低溫度時尤為明顯[33]。近來也有人采用TiO2-Nb2O5復(fù)合材料改善元件特性以及制作TiO2薄膜和納米薄膜氧傳感器。

TiO2氧傳感器的制作一般分為三個步驟，首先采用TiCl4直接水解法制備TiO2微粉，然后在特制鋼模中壓力成型，同時壓入兩根Pt電極，在980℃以上的氧化氣氛中燒結(jié)成多孔元件，最后將元件浸泡在特定的溶液中，真空靜泡12h，在300℃空氣中煅燒4h進(jìn)行催化處理。

2.2.3 MgO氣體傳感器

MgO氣體傳感器是近兩年來才開始新興起來的新型傳感器，主要是以MgO薄膜為氣敏材料的催化發(fā)光檢測醋酸乙烯酯的傳感器。此傳感器具有很高的靈敏度及優(yōu)異的選擇性，響應(yīng)快，響應(yīng)時間少于5s，在溫度279℃、波長425nm、空氣流速為160mL/min的最佳條件下，催化發(fā)光強(qiáng)度與醋酸乙烯酯蒸氣濃度在1.8～1800 mg/m3內(nèi)呈良好的線性關(guān)系，檢出限為0.7mg/m3，而且此傳感器對外來雜質(zhì)不響應(yīng)，這些雜質(zhì)包括氨、苯、乙酸乙酯、乙醛、醋酸乙烯酯、甲醇、丙酮、乙醇、醋酸、甲醛和異丙醚。在化學(xué)傳感器中，膜催化被用于提高其穩(wěn)定性、靈敏度和選擇性，ZnO和 SnO2薄膜傳感器對CO和NO2的靈敏性大大提高[34,35]，而MgO被廣泛用于催化作用，可被用于當(dāng)做濕敏傳感器[36]和CH3OH吸附時的氣敏元件[37]。雖然有很多的薄膜用于催化發(fā)光傳感器，但是這些傳感器中的納米材料往往呈現(xiàn)出粉末狀并且很容易從基底上脫落，MgO薄膜可以很穩(wěn)固均勻地附著在基底上，這就是MgO薄膜傳感器的優(yōu)勢。圖7給出了此傳感器催化發(fā)光反應(yīng)器的示意圖。

在波長為425nm、溫度為279℃的條件下，以160mL/min的空氣流速將1800，3500和7000mg/m3的醋酸乙烯酯蒸氣通過MgO-SCFD(超臨界干燥法)納米材料，其產(chǎn)生的化學(xué)發(fā)光強(qiáng)度隨濃度的增加而增加，但其曲線形狀相似(圖8)。由圖8可知，發(fā)光強(qiáng)度最高峰均在注人樣品后大約5s內(nèi)出現(xiàn)，表明此傳感器對醋酸乙烯蒸氣具有快速響應(yīng)性能。

3 電阻型半導(dǎo)體氣體傳感器的制備

半導(dǎo)體氣體傳感器中起關(guān)鍵作用的是其中的氣敏元件，所以傳感器的制備的關(guān)鍵也是氣敏元件的制備。氣敏材料的制備方法主要為氣相法[38,39]、液相法[40-43]和固相法[44-46]。氣相法主要包括蒸發(fā)-凝聚法和化學(xué)氣相沉積法、物理氣相沉積法。此法制得的氣敏材料具有顆粒純度高、粒度細(xì)、分散性好、粒徑分布窄、組分容易控制等優(yōu)點。Hussain OM[39]等用蒸鍍的方法制得的MoO3薄膜對NH3呈現(xiàn)了良好的氣敏性。氣相法由于制得的顆?？梢赃_(dá)到納米級別,因此氣敏材料表面活性很強(qiáng),可以降低加熱功率提高靈敏度,但是也存在著能耗高、摻雜難等缺點。液相法是工業(yè)上和實驗室廣泛采用的制備微粒的方法。其主要包括沉淀法、水熱法、溶膠-凝膠法和微乳液法等。如文獻(xiàn)[40]、文獻(xiàn)[41]分別用沉淀法與水熱法制備的SnO2顆粒直徑分別只有10nm和12nm，文獻(xiàn)[42]用溶膠-凝膠法制備了對乙醇有良好敏感性能的V2O5薄膜,詹自力[43]等人用微乳液法合成了直徑只有8nm的In2O3的粒子。固相法是在高溫或低溫下直接利用固相反應(yīng)合成材料的一種方法,由于高溫合成材料耗能巨大，現(xiàn)在已轉(zhuǎn)向低溫合成法,徐甲強(qiáng)[44]等人用此法合成了直徑只有30nm的CdSnO3粒子,對酒精的檢測達(dá)到了很理想的效果。但是固相法存在著有副產(chǎn)物生成、化學(xué)計量關(guān)系不穩(wěn)定等缺點。隨著材料制備技術(shù)的發(fā)展,通過控制合適的體系,可以制得合乎要求的納米級粒子。

4 電阻型半導(dǎo)體氣體傳感器的研究方向

電阻型氣體傳感器雖然近年來已經(jīng)很廣泛地應(yīng)用于實際，也具有靈敏度高，制作簡單等很多優(yōu)點，但是它仍存在著壽命短、選擇性差、工作溫度高等缺點，如何提高傳感器的綜合性能已經(jīng)成為當(dāng)前及以后科學(xué)工作者的研究重點。具體來說，可分為以下幾點：

（1）改變氣敏材料。主要是添加貴金屬催化劑和開發(fā)新的氣敏材料，從文獻(xiàn)中我們可以知道催化劑對半導(dǎo)體氣敏材料的電阻和敏感特性有很大影響。貴金屬加入后主要起催化作用,但是催化機(jī)理比較復(fù)雜,通常認(rèn)為是貴金屬摻雜后,由于形成一定組成的固熔體,產(chǎn)生空穴和自由電子,使材料的電導(dǎo)率發(fā)生改變。另外，開發(fā)除傳統(tǒng)的金屬氧化物以外的半導(dǎo)體氣敏材料，如新型復(fù)合金屬氧化物及其摻雜半導(dǎo)體氣敏材料和高分子氣敏材料都是比較有前景的氣敏材料。

（2）開發(fā)新型的氣體傳感器。光波導(dǎo)氣體傳感器、高分子聲表面波和石英振子式氣體傳感器等新型氣體傳感器近年來已經(jīng)開發(fā)出來并投入使用中，微生物氣體傳感器也正在研究開發(fā)中。

（3）超微粒半導(dǎo)體氣體傳感器。半導(dǎo)體氣體傳感器的氣敏原因是氣體在半導(dǎo)體表面的化學(xué)吸附，半導(dǎo)體顆粒越小，半導(dǎo)體比表面積越大，化學(xué)吸附就越充分，另外，顆粒越小，它的表面化學(xué)性質(zhì)就越活潑，氣體分子就越容易將電子傳遞給半導(dǎo)體。超微粒是指直徑小于100nm的微小粒子，制備超微粒的方法很多，一般來說，用物理方法制備超微粒，比較容易控制超微粒的大小和形狀。很多科學(xué)工作者正在做這方面的工作。

（4）半導(dǎo)體氣體傳感器智能化。半導(dǎo)體氣體傳感器的選擇性一般比較差，現(xiàn)在有很多研究者采用氣體傳感器陣列和計算機(jī)技術(shù)相結(jié)合的方法來改進(jìn)這種缺陷，現(xiàn)在已成功研制出電子鼻，這是氣體傳感器的新進(jìn)展，繼續(xù)借助仿生技術(shù)制造有效的識別簡單和復(fù)雜氣味的傳感器是以后半導(dǎo)體氣體傳感器研究的方向。

5 結(jié)束語

傳感器市場的發(fā)展主要依賴于半導(dǎo)體工業(yè)的發(fā)展，繼續(xù)開發(fā)研究半導(dǎo)體材料仍然是半導(dǎo)體氣體傳感器的研究重點。目前的傳感器一般選擇性比較差，研究如何提高其選擇性以達(dá)到更實用化的要求是以后傳感器研究工作的重要方向。另外，納米技術(shù)、仿生技術(shù)、微電子電路技術(shù)等高新技術(shù)的迅速發(fā)展，為傳感器這一領(lǐng)域的發(fā)展及相關(guān)學(xué)科的發(fā)展提供了有利條件。

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