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半導(dǎo)體氣體傳感器可分為電阻型和非電阻型(結(jié)型、MOSFET型、電容型)。電阻型氣敏器件的原理是氣體分子引起敏感材料電阻的變;非電阻型氣敏器件主要有M()s二極管和結(jié)型二極管以及場效應(yīng)管(M()SFET),它利用了敏感氣體會(huì)改變MOSFET開啟電壓的原理,其原理結(jié)構(gòu)與ISFET離子敏傳感器件相同。
氣敏二極管的特性曲線左移可以看作二極管導(dǎo)通電壓發(fā)生改變,這一特性如果發(fā)生在場效應(yīng)管的柵極,將使場效應(yīng)管的閾值電壓UT改變。利用這一原理可以制成MOSFET型氣敏器件。 氫氣敏MOSFET是一種最典型的氣敏器件,它用金屬鈀(Pd)制成鈀柵。在含有氫氣的氣氛中,由于鈀的催作用,氫氣分子分解成氫原子擴(kuò)散到鈀與二氧硅的界面,最終導(dǎo)致MOSFET的閾值電壓UT發(fā)生變。使用時(shí)常將柵漏短接,可以MOSFET工作在飽和區(qū),此時(shí)的漏極電流ID=β(UGS—UT)2,利用這一電路可以測出氫氣的濃度。
4、穩(wěn)定性 實(shí)際應(yīng)用中,存在UT隨時(shí)間漂移的特性,為此,采用在HCl氣氛中生長一層SiO2絕緣層,可以顯著改善UT的漂移。 除氫氣外,其他氣體不能通過鈀柵,制作其他氣體的Pd—MOSFET氣敏傳感器要采用一定措施,如制作CO敏MOSFET時(shí)要在鈀柵上制作約20nm的小孔,就可以允許CO氣體通過。另外,由于Pd—MOSFET對(duì)氫氣有較高的靈敏度,而對(duì)CO的靈敏度卻較低,為此可在鈀柵上蒸發(fā)一層厚約20nm的鋁作保護(hù)層,阻止氫氣通過。鈀對(duì)氨氣分解反應(yīng)的催作用較弱,為此,要先在SiO2絕緣層上沉淀一層活性金屬,如Pt、Ir、La等。再制作鈀柵,可制成氨氣敏MOSFET。