一款滿足新國標認證的半導(dǎo)體可燃氣體傳感器MPn-4C

2024-05-20 16:27:22

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一款滿足新國標要求的可燃氣體探測器，離不開核心元器件——氣體傳感器。

Part.1

關(guān)于半導(dǎo)體型氣體傳感器

金屬氧化物半導(dǎo)體在空氣中被加熱到一定溫度時，氧原子被吸附在帶負電荷的半導(dǎo)體表面，半導(dǎo)體表面的電子會被轉(zhuǎn)移到吸附氧上，氧原子就變成了氧負離子，同時在半導(dǎo)體表面形成一個正的空間電荷層，導(dǎo)致表面勢壘升高，從而阻礙電子流動（見圖1）。

在敏感材料內(nèi)部，自由電子必須穿過金屬氧化物半導(dǎo)體微晶粒的結(jié)合部位（晶界）才能形成電流。由氧吸附產(chǎn)生的勢壘同樣存在于晶界而阻礙電子的自由流動，傳感器的電阻即緣于這種勢壘。在工作條件下當(dāng)傳感器遇到還原性氣體時，氧負離子因與還原性氣體發(fā)生氧化還原反應(yīng)而導(dǎo)致其表面濃度降低，勢壘隨之降低(見圖2），導(dǎo)致傳感器的阻值減小。

隨著厚膜印刷、MEMS等工藝的推廣，半導(dǎo)體氣體傳感器完成了微型化、智能化的迭代升級。工程師們逐漸研發(fā)出了在微型陶瓷基片的兩面分別制作加熱器和氣敏層的平面半導(dǎo)體氣體傳感器，縮小了體積、降低了功耗；后來又衍生出利用MEMS工藝的Si基微熱板和半導(dǎo)體材料組成的MEMS氣體傳感器，結(jié)構(gòu)更加堅固、功耗更低，也更便于集成。

Part.2

平面半導(dǎo)體氣體傳感器MPn-4C

MPn-4C采用多層厚膜制造工藝，在Al₂O₃陶瓷基片上集成了加熱電極、測量電極和金屬氧化物半導(dǎo)體氣敏層，并將其封裝在金屬殼體內(nèi)。當(dāng)環(huán)境空氣中存在被檢測氣體時，傳感器的電導(dǎo)率會發(fā)生變化，該氣體的濃度越高，傳感器的電導(dǎo)率就越高。采用簡單的電路即可將這種電導(dǎo)率的變化轉(zhuǎn)換為與氣體濃度相對應(yīng)的輸出信號。該產(chǎn)品對使用場景中常見氣體如酒精、乙酸等有很好的抗干擾能力。