金属氧化物半导体MEMS气体传感器研究进展

随着物联网的快速发展,各领域对气体监测的需求越来越大,基于先进微机电系统(Micro-electro-mechanical systems, MEMS)技术的金属氧化物半导体(Metal oxide semiconductor, MOS)气体传感器在过去几十年里取得了很大发展。MEMS微热板的多样化设计、MOSs纳米结构的多样化以及机器学习算法的出现为MEMS的传感性能以及智能传感系统的构建提供了很大助力。本文从MEMS气体传感器的分类、制备和应用以及传感器阵列的构建等方面综述了金属氧化物半导体MEMS气体传感器的最新研究进展,并对MEMS基气体传感器的发展前景进行了总结和展望。

半导体气敏传感器对车内一氧化碳污染的检测

随着生活水平的提高,汽车在逐渐走进人们生活的同时也带来了一系列引人关注的问题,由于车内的空气环境密闭,有效空间较小,车内空气质量对人体健康安全有着越来越密切的影响。一氧化碳是一种常见的无色无味有毒气体,不易被察觉,如何保证车内人员身体安全健康及保障驾驶人的安全驾驶,简单便捷高效地对车内空气环境污染进行有效监测已经成为一个亟需解决的问题。

金属氧化物半导体气体传感器选择性改进研究进展

选择性较差一直是金属氧化物半导体(MOS)传感器难以攻破的主要技术瓶颈。本文基于单层结构和分层结构两种角度,对目前解决MOS传感器选择性问题的技术途径进行了综述。基于单层结构提出的技术途径,能够在一定程度上提升传感器的选择性,但在实际应用环境下的抗干扰能力等方面存在一定的未知性和局限性。基于分层结构提出的技术途径,在对气体的响应过程中产生的具有差异性的特征,可以为传感器对目标气体的准确识别提供可靠依据。但分层结构MOS传感器一致性较难控制、制备技术要求较高、使用寿命相对较短等问题仍需进一步改进和完善。

高性能电化学一氧化碳传感器的制备与性能评价

目前,我国的商业化电化学一氧化碳传感器在性能方面与国际产品相比仍存在一定的差距。为此,采用了改进的浸渍还原法及微波处理技术制备了纳米铂黑催化剂,通过丝网印刷技术制备了电极并组装成三电极电化学一氧化碳传感器。将其与国际同类型产品进行了一系列关键性能对比分析,包括传感器的响应特性、线性度、温度特性及高浓度运行稳定性,并对结果进行了有效评估。结果表明,制备的传感器具有较快的响应速率,较优的线性度,温度特性及高浓度运行稳定性,各项性能均达到或接近同类产品领先水平。

半导体一氧化碳敏感材料研究进展

金属氧化物半导体由于具有耐热、耐腐蚀、成本低廉等特点,常用于制作气体传感器的敏感元件。本文简要介绍了SnO_2半导体材料、TiO_2半导体材料作为一氧化碳敏感材料的最新研究进展。

基于纳米WO_(3)半导体材料的H_(2)气体传感器的研究现状

【目的】梳理对氢气气体响应快、灵敏度高的气体传感器研究现状,为研究高灵敏度、高选择性、易制备的H2气体传感器提供思路。【研究现状】纳米WO_(3)材料作为N型半导体,具有宽带隙、热稳定性高、易合成等优点,广泛应用于气体传感器领域;WO_(3)基氢气传感器发展迅速,综述近年来国内外WO_(3)基氢气传感器的研究成果,概括WO_(3)材料氢气传感器制备技术、形貌特征、气敏性能的研究成果,总结上述成果的优势与现阶段的局限性;WO_(3)纳米材料由于独特的结构特性,存在多种提高其性能的方式,包括形貌控制、异质结构筑、贵金属掺杂;重点阐述WO_(3)纳米材料不同调整修饰技术的基本原理。【展望】WO_(3)基氢气传感器的发展势头较好,提升性能的方式灵活多样,制备出的传感器气敏性能优异,WO_(3)基氢气传感器在未来具有深厚的发展潜力。

针对半导体气体传感器的电信号采集装置

针对半导体气体传感器对环境敏感、电阻跨度大的特性,设计了一种针对半导体气体传感器灵敏度高、体积小、适用性广的电信号采集装置。采用多档位分压法实现对欧姆(Ω)至吉欧姆(GΩ)范围的电阻测量,通过滤波与温湿度补偿消除物理、温湿度干扰;同时装置具有本地报警、上位机报警、气室等设计。本文装置实现了半导体气体传感器的精确测量,同时设计集成电路,将传感器封装为可实际应用系统,采用国产EDA与核心芯片设计,有效填补了该领域的空白。

半导体氧化物气体传感器测试新原理与方法

本文基于半导体氧化物的气体敏感机理，提出对其测试的新原理和方法，通过试验发现，这种动态测试方法不仅能提高半导体氧化物的选择性和稳定性，而且能从混合气体中分辨出特定的气体成分，判断出大致的逍度．用这种方法，同一种气体传感器通过不同的测试手段可以检测不同的气体．

低功耗一氧化碳传感器研究进展

低功耗一氧化碳传感器是煤炭安全开采的重要保障和分布式无线传感技术的关键基础。阐述了低功耗一氧化碳传感器的工作原理,重点介绍了电化学和半导体一氧化碳传感器的最新研究进展,分析了它们的优缺点,展望了低功耗一氧化碳传感器的发展方向和前景。①电化学一氧化碳传感器主要由电极和电解质构成,有两电极和三电极结构,两电极电化学一氧化碳传感器没有参比电极,结构简单,易于设计和制造,成本较低,适用于低浓度一氧化碳的监测;三电极电化学一氧化碳传感器引入参比电极,具有较宽的量程和较高的精度,但成本高。电化学一氧化碳传感器响应时间较短,具有分布式无线传感应用前景,其研究重点在于铂-碳复合电极的制备,但电化学一氧化碳传感器仍然使用了水溶剂,存在漏液风险,且难以微型化;未来的发展趋势一方面要避免采用液体溶剂,研究全固态电化学一氧化碳传感器,并控制其孔隙率,缩短响应与恢复时间,另一方面要寻找廉价高效的电极材料,降低传感器成本;此外,制造微型化的电化学一氧化碳传感器也是未来重要的工作内容。②半导体一氧化碳传感器可分为非微加热板型和微加热板型。非微加热板型一氧化碳传感器采用的是陶瓷管基底或者氧化铝平板基底,由于加热器尺寸较大,且热传导严重,功耗较高,通常在100 mW以上,难以用于分布式无线传感场合。微加热板型一氧化碳传感器热质量低,可以大大降低加热器运行功耗,还可与集成电路工艺兼容,可得到片上系统型一氧化碳传感器,降低外围电路功耗,适合物联网应用。微加热板型一氧化碳传感器体积比固体电解液电化学一氧化碳传感器更小,且具有成本低廉、灵敏度高、易于片上集成等优点,但易受湿度影响,基线易漂移;未来研究方向是对敏感材料进行修饰改进,优化封装工艺,并采用智能算法对基线进行自校准;可以使用沸石修饰敏感材料减少湿度对传感器的影响,或者在封装工艺上采用聚四氟乙烯等的憎水膜;智能算法可以采用支持向量机和人工神经网络结合算法或人工智能算法,未来希望可以实现高效率的边缘计算,以提高效率和准确率。

矿用一氧化碳传感器的设计

文章介绍了一种以单片机AT89C52为核心的矿用一氧化碳传感器的工作原理及其软、硬件设计。该传感器可以连续地将井下气体浓度信号转换成标准频率信号传送给上位机,并具有实时显示浓度值、超限声光报警、频率信号输出等功能,适宜于井下需设置一氧化碳传感器的场所固定使用。

基于固态高聚物电解质一氧化碳传感器研究

以固态高聚物膜为电解质,用化学沉积法和浸渍还原法制备了金属/聚合物的复合膜电极为气敏电极,组装成分别以电流型和电位型的CO电化学传感器,研究发现传感器的稳态输出电位与CO体积分数的对数呈线性关系;应用恒电位电解技术研究电流型传感器的传感性能,按电流电压曲线确定其合适的外控电位,探讨了稳态扩散电流的产生,并在此外控电位下测定了传感器的线性应答。文中也研究了传感器的温度和湿度特性,研究表明在检测环境温度范围为30～45℃时传感器的温度系数为0.84μA/℃,从湿度特性发现在给定水蒸气分压下,输出电流与CO的体积分数之间具有线性关系,同时也随水蒸气分压增加而增大。

基于单片机C8051F005的一氧化碳传感器

基于单片机C8051F005,对矿用一氧化碳传感器的工作原理以及其软、硬件设计模块进行了研究。该传感器可以与矿井安全监测系统配套使用,对煤矿井下作业环境空气中的一氧化碳气体浓度进行监测,与上位机进行数据通讯,同时具有实时显示浓度、超标声光报警等功能。通过实验,对传感器的可靠性和稳定性进行了验证,得出了一氧化碳传感器系统精度以及误差等参数能够满足生产要求的结论。

碳纳米管及其掺杂氧化物半导体气敏传感器

碳纳米管气敏传感器以其工作温度低和最低检出限较低等优点而备受关注,而碳纳米管掺杂氧化物半导体气敏传感器兼备了氧化物半导体气敏传感器和碳纳米管气敏传感器二者的优点,具有灵敏度较高、最低检出限低和工作温度低等特性。综述了这两类传感器的研究进展,介绍了其气敏机理,并对相应存在的问题及今后的发展趋势进行了概述。

一氧化碳传感器的应用与进展

简要介绍了一氧化碳传感器的特点、组成、工作原理及分类 ,总结了一氧化碳传感器在各个领域的应用概况。

新型氧化物半导体气敏传感器的研究进展

空气质量日益恶化问题引起了人们的重视。为了监控空气质量,研究者开发了很多种类的气敏传感器,其中氧化物半导体气敏传感器具有灵敏度高、制造成本低和信号测量手段简单等优点,成为了目前的主流产品。综述了该类型新型传感器的研究进展,介绍了其气敏机理、结构和制作方法,并概述了其存在的问题及今后的发展趋势。

氧化物半导体甲烷传感器研究进展

介绍了氧化物半导体甲烷气体传感器的工作机理,论述了改善氧化物半导体甲烷气敏传感器性能的几种途径。采用加入催化剂、控制材料的微细结构、利用新的制备工艺和表面修饰等新方法、新技术可提高氧化物半导体甲烷气敏元件的灵敏度、选择性、响应和恢复特性、稳定性。

氧化物半导体气敏传感器的改性研究进展

氧化物半导体气敏传感器具有灵敏度高、制造成本低、信号测量手段简单、使用方便等优点,在有毒有害气体实时监测方面极具应用潜力。综述了新型氧化物半导体气敏感器改性的研究进展、存在的问题及发展趋势。

光谱吸收型光纤一氧化碳传感器

基于气体分子的近红外光谱吸收机理,研究一种可以检测一氧化碳的光纤气体传感器。对窄带光源DFB LD进行正弦波调制,建立差分吸收的数学模型,利用谐波技术实现气体浓度的检测。系统采用差分结构有效消除了光源光强噪声干扰以及光电器件的零点漂移。实验结果表明,传感器性能稳定、灵敏度高、重复性好,并且不受其它气体的干扰。

基于4晶体管像素结构的互补金属氧化物半导体图像传感器总剂量辐射效应研究

对基于4晶体管像素结构互补金属氧化物半导体图像传感器的电离总剂量效应进行了研究,着重分析了器件的满阱容量和暗电流随总剂量退化的物理机理.实验的总剂量为200 krad(Si),测试点分别为30 krad(Si),100 krad(Si),150 krad(Si)和200 krad(Si),剂量率为50 rad(Si)/s.实验结果发现随着辐照总剂量的增加,器件的满阱容量下降并且暗电流显著增加.其中辐照使得传输门沟道掺杂分布发生改变是满阱容量下降的主要原因,而暗电流退化则主要来自于浅槽隔离界面缺陷产生电流和传输门-光电二极管交叠区产生电流.实验还表明样品器件的转换增益在辐照前后未发生明显变化,并且与3晶体管像素结构不同,4晶体管像素结构的互补金属氧化物半导体图像传感器没有显著的总剂量辐照偏置效应.

金属氧化物半导体电阻型气敏传感器作用机理

根据实验所得规律,知金属氧化物表面发生的气—固、气—气反应及其相关的电子过程是气敏作用机理的基础.添加剂、表面处理、温度控制等都能够影响这些反应过程,可用来改善传感器的灵敏度和选择性.