1。1。2  金属氧化物半导体（MOS）气敏传感器的原理

   金属氧化物半导体（MOS）气敏传感器所运用的原理较为简单，当待测气体均匀分布在密闭空间中，气体和半导体表面接触，改变半导体表面的载流子浓度，从而导致电导率等物理性质发生变化，将气体浓度信息转化为直观的电信号。按照敏感材料与气体接触的时候发生的变化是深入至半导体的内部还是只存在于半导体的表面可将其分为体控制型和表面控制型两种。前者半导体与待测气体之间相互作用，使得半导体内部组成发生了变化，从而导致电导率产生变化。而后者半导体表面上所吸附的氧化性或者还原性气体与半导体之间会发生电子接受或者输出反应，导致半导体的电阻率等一些物理性质产生变化，但是内部的组成没有变化。常见的金属氧化物半导体气敏材料有氧化锡[4]，氧化锌[5]和氧化铟等，是目前应用最多，实用价值最大的，大都应用在一些具有可燃性的气体的检测上。当材料暴露在空气氛围下，加热至一定的操作温度，半导体表面会吸附空气中的氧气分子，氧气分子会从半导体的导带中俘获电子，在其表面形成不同种类的氧负离子（O2-、O-、O2-），从而导致表面形成电子耗尽层，使载流子浓度降低，提高半导体电阻。此时，如果半导体材料接触到还原性气体，如乙醇、甲醇等挥发性有机溶剂（VOS），气体分子会和氧负离子发生反应，释放出电子，当电子回到导带的时候，电子耗尽层消失，元件电阻变小。反之，当气敏材料表面被暴露在NO2等具有氧化性质的气体中时，氧化性气体与氧负离子相互作用会继续捕获电子，使得表面的载流子浓度进一步降低，电子耗尽层范围进一步扩大，元件电阻也同时上升。由于只是在表面作用，所以内部得化学组成并没有发生变化。电阻体控制型材料有TiO2、Fe2O3[6]等，这些材料在和气体进行反应时，会改变半导体内部组分，导致电阻变化。

1。1。3  应用与展望

随着现代科技的发展，我们生活和工业周围的气体中的有害物质日益增多，因此检测技术变得尤为重要。如今，微电子技术发展迅猛，需要用到气体传感器的地方也越来越多，因此对其性能和用途的研究也变得更有价值并且更有前途。来*自-优=尔,论:文+网www.youerw.com

随着材料科学的开发与应用，尤其是纳米材料，气敏传感器在性能方面不断地得到改善，使传感器往多功能化，微型化和小型化发展，并且具有使用简便，长期稳定性能好，价格低廉等优点。虽然近年来国内的气敏研究发展很好，但是与国外还存在较大差距，之所以国外气体传感器发展很快，一方面是由于人们安全意识变强，对环境安全性和生活舒适度的要求越来越高；另一方面是因为政府大量的安全法规的大力推动，使得传感器市场的需求不断地增长。因此，为了追赶国外先进的发展水平，如何优化传感器各方面的性能，就成为了我们研究的重中之重。首先，通过不同类型金属氧化物复合，制备二元或多元复合金属氧化物半导体材料；其次，通过贵金属或者过渡金属掺杂，改变材料能级结构、降低反应势垒在很大程度上能提高气敏材料的灵敏性和选择性，本论文就是采用这一思路设计的实验；还可以利用各种纳米科学手段，改变材料形貌、改善元件的测试方式。

在多种常见的检测方法中，利用电学方法进行气体检测的气敏传感器，在实际的生产应用中，不仅具有较高的灵敏度和可靠性，而且操作起来很简单，使用起来很方便。敏感材料的结构、种类和制作方法都会影响到气敏传感器敏感元件的性能，但其性能主要还是受其自身的性质影响。目前，金属氧化物、有机高分子和氧化物半导体复合材料等是使用最多的气敏材料。而该论文中氧化铟气敏传感器，作为金属氧化物传感器的一种，虽说其性能和制备工艺都符合我们应用的要求，但是还存在工作时所需温度高，能耗大，制备方法复杂等问题。所以以开发新式的半导体气敏传感器为目的，研究气体敏感材料对于气体的检测、报警等有重大的意义。[7][8]