气敏传感器通常由气敏元件、加热器和封装体三部分组成。气敏元件按制造工艺不同可分为烧结型、薄膜型和厚膜型三类。它们的典型结构如图6-2所示。
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图6-2a所示为烧结型气敏元件。这类元件以Sn0,半导体材料为基体,将铂电极和加热丝埋人 Sn0,材料中,用加热、加压、温度为700℃~900℃的制陶工艺烧结成形,因此称为半导体导瓷,简称半导瓷。半导瓷内的晶粒直径为1mm左右,晶粒的大小对电阻有定影响,但对气体检测灵敏度则无很大的影响。烧结型气敏元件制作方法简单,元件寿命长,但由于烧结不充分,元件机械强度不高,电极材料较贵重,电性能一致性较差,应用受到一定的限制。
图 6-2b所示为薄膜型气敏元件。它采用蒸发或溅射工艺,在石英基片上形成氧化物半导体薄膜(其厚度约在100nm 以下)。其制作方法也很简单。实验证明,Sn0,半导体薄膜的气敏特性:但这种半导体薄膜为物理性附着,元件间性能差异较大。
图 6-2c所示为厚膜型气敏元件。这种元件是将Sn0,或2n0等材料与3%~15%(质量百分比)的硅凝胶混合制成能印刷的厚膜胶,把厚膜胶用丝网印刷到装有铂电极的氧化铝(AL0:)或氧化硅(Si0,)等绝缘基片上,再经400℃~800℃温度烧结1h制成。由于这种工艺制成的元件离散度小、机械强度高,适合大批量生产,所以是一种很有前途的元件。
加热器的作用是将附着在敏感元件表面上的尘埃、油雾等烧掉,加速气体的吸附,提高其灵敏度和响应速度。加热器的温度一般控制在 200℃~400℃范围内。
加热方式一般有直热式和旁热式两种,因而有直热式和旁热式气敏元件。直热式气敏元件是将加热丝直接埋入Sn02、2n0粉末中烧结而成,因此,直热式常用于烧结型气敏结构。直热式结构如图6-3a、b所示。旁热式气敏元件是将加热丝和敏感元件同置于一个陶瓷管内,管外涂梳状金电极作为测量极,在金电极外再涂上Sn0,等材料,其结构如图 6-3c、d所示。
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