电阻控制型气敏传感器的结构主要有三种：烧结型、薄膜 型和厚膜型。
⒈烧结型气敏器件 烧结型气敏器件的制作是将一定比例的敏感材料（SnO2、
ZnO等）和一些掺杂剂（Pt、Pb等）用水或粘合剂调合，经研 磨后使其均匀混合，然后将混合好的膏状物倒入模具，埋入加 热丝和测量电极，经传统的制陶方法烧结。最后将加热丝和电 极焊在管座上，加上特制外壳就构成器件。
化物半导体材料制成的气体传感器。其中以SnO2气敏传感器 较 成熟，应用最广泛，下面就以此传感器为例进一步说明气敏传 感器的特性与参数。
造成器件接触不良
TGSl09型直热式气敏传感器结构图
旁热式气敏器件
旁热式气敏器件是把高阻加热丝放置在陶瓷绝缘管内， 在管外涂上梳状金电极，再在金电极外涂上气敏半导 体材料，就构成了器件
克服了直热式结构的缺点，器件的稳定性得到提高
薄膜型气敏器件
制作采用蒸发或溅射的方 法，在处理好的石英基片 上形成一薄层金属氧化物 薄膜（如SnO2、ZnO等）， 再引出电极。实验证明： SnO2和ZnO薄膜的气敏特 性较好
㈡晶界势垒模型 晶界势垒模型是基于半导体气敏材料多为多晶体。在相邻
晶粒间存在着势垒，而势垒的高低是影响气敏材料表面阻值的 重要因素。
当n型的SnO2材料表面吸附氧分子时，形成负离子吸附的 结果使晶粒表面形成空间电荷层，表面能带上弯，晶界势垒高 度大大增加，材料表面形成高阻状态。
当与还原性气体接触时（如H2），与吸附的氧发生反应， 同时释放电子，降低了晶界势垒的高度，从而使材料表面电阻 率降低。该模型较好的解释了气敏传感器在还原性气体中电阻 率下降的规律。
按其工作原理不同，半导体气敏传感器主要分为电阻型 和非电阻型两大类：
电阻控制型
表面电阻控制型 体电阻控制型
半导体气敏传感器
非电阻控制型
二极管式气敏传感器 MOS二极管式气敏传感器 Pd-MOSFET气敏传感器
半导体式气敏传感器的分类
§6.1 电阻控制型气敏传感器
电阻控制型气敏传感器是利用材料的阻值随待测气体的成 分或浓度发生改变的性质制成的器件。这种器件大多需要在加 热的情况下正常工作，根据阻值发生改变的原理差异，电阻控 制型气敏传感器也可以分为两类：表面电阻控制型和体电阻控 制型。
根据其外型或加热方式的不同，烧结型气敏传感器又分为 两种：直热式和旁热式。
直热式气敏器件
器件管芯由三部分组成： SnO2烧结体、加热丝和测量 丝。直热式器件管芯体积很小，加热丝和测量丝直接 埋在金属氧化物半导体材料内，工作时加热丝通电加 热并兼作一个测量极。
缺点：
热容量小，易受环境气流的影响 测量电路与加热电路之间相互干扰，影响其测量参数 加热丝在加热与不加热两种情况下产生的膨胀与冷缩，容易
因此，当氧化型气体吸附到N型半导体（SnO2, ZnO)上， 还原型气体吸附到P型半导体(CrO3)上时，将使半导体载流子 减少，而使电阻值增大。
当还原型气体吸附到N型半导体上，氧化型气体吸附到P 型半导体上时，则载流子增多，使半导体电阻值下降。
规则总结：
氧化型气体＋N型半导体：载流子数下降，电阻增加 还原型气体＋N型半导体：载流子数增加，电阻减小 氧化型气体＋P型半导体：载流子数增加，电阻减小 还原型气体＋P型半导体：载流子数下降，电阻增加
第六章 半导体气敏传感器
§6.1 电阻控制型气敏传感器 §6.2 非电阻控制型气敏传感器
半导体气敏传感器是指利用半导体气敏元件同气体接触， 造成半导体性质发生变化的原理来检测特定气体的成分或者 浓度。
半导体气敏元件是60年代初期研制成功的，最先研制的 是SnO2 薄膜元件。它是利用加热条件下SnO2薄膜电阻随接触 的可燃性气体浓度增加而下降，实现对可燃性气体检测。继 而又发现在SnO2烧结体中添加Pt或Pd等贵重金属可提高灵敏 度。1968年诞生了商品半导体气敏元件，其后其它各种材料 的半导体气敏元件也相继投放市场。
正是由于吸附的气体分子从材料表面得到或者给予电子， 使表面层的阻值发生了改变，我们分别考虑以下两种情况：
当半导体的功函数小于吸附分子的亲和力时， 吸附分子将从 器件夺得电子而变成负离子吸附， 半导体表面呈现空间电荷 区。氧气等具有负离子吸附倾向的气体被称为氧化型气体或 电子接收性气体。
如果半导体的功函数大于吸附分子的离解能，吸附分子将向 器件释放出电子，而形成正离子吸附。具有正离子吸附倾向 的气体有H2、CO、碳氢化合物和醇类，它们被称为还原型气 体或电子供给性气体。
二、表面电阻控制பைடு நூலகம்元件
⒈表面电阻控制型气敏传感器的工作原理 ㈠表面电导理论
表面电阻控制型元件的表面电阻会根据待测气体种类及浓 度的不同增大或减小。当半导体器件被加热到稳定状态，在气 体接触半导体表面而被吸附时，被吸附的分子首先在表面物性 自由扩散，失去运动能量，一部分分子被蒸发掉，另一部分残 留分子产生热分解而固定在吸附处（化学吸附）。吸附分子和 材料表面层交换电子而带上不同的电荷成为正离子或负离子， 同时影响半导体材料表面层的性质。
器 件 电 阻 / k
10 0
稳 定状 器件加热 态
响 应 时 间 约 1 min 以 内 氧 化型
50
5
还 原型
加 热开 关
2 mi n 4 min 大 气中
吸 气时
N型半导体吸附气体时器件阻值变化图
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⒉表面电阻控制型元件的基本特性和参数 表面电阻控制型气敏传感器的代表有SnO2、ZnO等金属氧
表面电阻控制型（表面电导型）：与被测气体接触后，利 用材料表面电阻值的变化进行检测，主要包括SnO2、ZnO等金 属氧化物半导体材料制成的气体传感器。
体电阻控制型（体电导控制型）：与被测气体接触后，由 于晶体结构发生变化，使体电阻发生改变，典型的器件如γFe2O3材料制作的气体传感器。
一、电阻控制型气敏传感器的基本结构
优点：灵敏度高、响应迅 速、机械强度高、互换性 好、产量高、成本低等
厚膜型气敏器件
厚膜型气敏器件是将SnO2和 ZnO等材料与3％～15％重 量的硅凝胶混合制成能印刷 的厚膜胶，把厚膜胶用丝网 印制到装有铂电极的氧化铝 基片上，在400～800℃高 温下烧结1～2小时制成。
优点：一致性好，机械强度 高，适于批量生产。