ZnO气体半导体传感器简单介绍

半导体气体传感器——ZnO气体传感器是将外界气体的信息转换成电信号传递给控制中心，从而实现检测、自动控制和报警等功能。早期，气体传感器主要用来检测易燃性气体的泄漏和报警。80年代后，随着纳米技术、生命科学、人工智能等相关科学的发展，气体传感器也得到了巨大的发展，其检测和应用范围也得到了扩大。从食品方面的鱼肉蔬菜水果新鲜度检测，到厨房住宅的易燃易爆、有毒有害气体检测；从化工生产的现场流程检测，到环境保护中的污染气体的检测，各个方面都有所应用。气体传感器的应用半导体气体传感器分类类型物性材料检测气体半导体气体传感器电阻式表面控制型Sn02、ZnO、In203、W03、V。05、Al2O3、有机半导体等。CCl：F2、CO、NO、NH3、乙醇、丙酮、甲醛等体控制型Y——Fe203、Q—Fe203、C03O4、SrSnOs、Ti02、SnQ、CoO、MnO等可燃性气体、O2等非电阻式金属／半导体结Pd／CdS、Pd／Ti02、Pd／ZnO、Pt／Ti02、Au／Ti02等H2、CO、SiH4等Pd—MOSPd—MOSH2、CO、SiH4等AETPd、Pt、Sn0≥一AETCl2、H2S等FETPd—MoSFETH2、H2S、NH3、CO等(1)器件灵敏度高，检测限低，检测限可达ppm(百万分之一)数量级，甚至ppb(十亿分之一)数量级；(2)响应与恢复时间短，一般都在几秒到几十秒之间；(3)金属氧化物在空气中相对比较稳定，制成的器件可以具有较长的使用寿命，一般寿命为几年，甚至十年以上；(4)金属氧化物制备简单，来源丰富且无毒，无污染；(5)器件制备容易，成本低廉，适合大范围推广；(6)器件尺寸小，测试装置简单，适合做成便携式检测仪器。ZnO等金属氧化物半导体传感器优点ZnO在自然界中是以矿物的形式存在，在研究过程中人们制备出了很多形态的ZnO材料，其中研究最多的是单晶、薄膜和纳米结构。单晶普遍采用的方法有：水热法、熔融法、气相法。薄膜制备技术有：金属有机物化学气相沉积、磁控溅射、激光脉冲沉积、分子束外延、原子层沉积、热蒸发、溶胶——凝胶等。纳米：制备方法非常多，总的来说按照制备环境不同可以分为气相法和液相法。气相法是在制备过程中，作为源的物质是气相或者通过一定的过程转化为气相，然后通过一定的机理形成所需的纳米结构。ZnO的制备液相法是在制备过程中，通过化学溶液作为传递能量的媒介，从而制备各种纳米、溶剂热法、微乳液法、化学反应自组装法（、液相模板法等。随着研究发展，目前也发展了一些不属于以上两种的方法，比如像光刻也可以用来制备纳米材料。ZnO的制备材料表面吸附各种不同气体后，材料电阻率发生变化，从而表现出气敏特性。ZnO材料对CO、C2H5OH、H2、NO2等气体比较敏感，电阻率变化比较大，从而是气敏元件的一种良好选择材料。当ZnO材料吸附还原性气体时，电阻率随气体浓度升高而降低；反之，吸附氧化性气体时电阻率随气体浓度升高而增大。这就为ZnO材料制作气敏元件奠定了基础。此外，随着ZnO纳米技术的发展，纳米材料比表面积较大，化学活性提高，从而可以提高材料气敏特性。目前，使用各种技术已经制备出了对CO、CH4、H2等气体有较高灵敏度的ZnO纳米气敏元件ZnO气敏性原理ZnO半导体传感器检测气体ZnO器件主要用来检测可燃性和还原性气体。完整的氧化物不具有半导体的性质，因此，常利用掺杂ZnO或其复合材料作为气敏材料。例如：将Cr203一ZnO复合材料对NH3具有了很高的灵敏度和选择性；ZnO／Zn2Sn04、ZnO—CuO复合材料可以选择性地检测CO气体；Zn2Fe2SO4／ZnO复合材料甲醇、乙醇和丙醇都具有较高的灵敏度。另外ZnO表面修饰上贵金属也可以极大地改变其气敏性质。例如：在ZnO纳米线上面修饰Au以后，对CO体具有高的灵敏度；在ZnO薄膜和棒上负载上Pt发现负载后的样品在室温下可以极大地提高对H2敏感度：ZnO纳米线上吸附上Pd发现可以提高材料对乙醇的灵敏度。ZnO半导体传感器检测气体不足之处对温度和环境湿度的抗干扰能力较差灵敏度较低选择性与稳定性都较差，响应和恢复时间比较长不同结构器件的功