一款滿足新國標認證的半導體可燃氣體傳感器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

關于半導體型氣體傳感器

金屬氧化物半導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體表面，半導體表面的電子會被轉移到吸附氧上，氧原子就變成了氧負離子，同時在半導體表面形成一個正的空間電荷層，導致表面勢壘升高，從而阻礙電子流動（見圖1）。

在敏感材料內部，自由電子必須穿過金屬氧化物半導體微晶粒的結合部位（晶界）才能形成電流。由氧吸附產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。在工作條件下當傳感器遇到還原性氣體時，氧負離子因與還原性氣體發生氧化還原反應而導致其表面濃度降低，勢壘隨之降低(見圖2），導致傳感器的阻值減小。

隨著厚膜印刷、MEMS等工藝的推廣，半導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基微熱板和半導體材料組成的MEMS氣體傳感器，結構更加堅固、功耗更低，也更便于集成。

Part.2

平面半導體氣體傳感器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體氣敏層，并將其封裝在金屬殼體內。當環境空氣中存在被檢測氣體時，傳感器的電導率會發生變化，該氣體的濃度越高，傳感器的電導率就越高。采用簡單的電路即可將這種電導率的變化轉換為與氣體濃度相對應的輸出信號。該產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。