第九章敏感電子材料課件

1、第9章 敏感電子材料人類感覺(jué)器官傳感器傳感器 能感知規(guī)定的被測(cè)量，并按照一定的規(guī)律將之轉(zhuǎn)換成輸出 信號(hào)的裝置，由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成。對(duì)傳感器用敏感電子材料的基本要求具有較高的敏感性。具有良好的選擇性和快速響應(yīng)性。具有良好的耐環(huán)境穩(wěn)定性。今后的主要發(fā)展趨勢(shì)把信息的載體由電轉(zhuǎn)變?yōu)楣?，?shí)現(xiàn)電光和光電的相互轉(zhuǎn)換，其中一個(gè)重要方向是用半導(dǎo)體材料制作集成光電器件，實(shí)現(xiàn)高靈敏和高選擇相結(jié)合。吁紳犯逝渠填按鈉礎(chǔ)仆巾試鵑蕾匪艱他遠(yuǎn)野沿姑綻烯艇跟迷仕炸龔萌薛府第九章敏感電子材料第九章敏感電子材料19.1.1 主要的敏感材料按照材料的物理、化學(xué)特性和結(jié)構(gòu)特征敏感材料可分為半導(dǎo)體、陶瓷、金屬氧化物、有機(jī)聚合物、金

2、屬和復(fù)合材料等；按其功能，可分為力敏材料、熱敏材料、聲敏材料、光敏材料、氣敏材料、濕敏材料、磁敏材料、電化學(xué)敏材料、電壓敏材料等；在生命科學(xué)、生物工程技術(shù)領(lǐng)域中應(yīng)用的，稱為生物敏感材料。9.1 敏感材料的分類墅撣患批爾過(guò)銥魏笨慷株撤鱉祖巳捅鵝暑粥析澇庫(kù)根個(gè)即墾庶膚陰蓖奸烘第九章敏感電子材料第九章敏感電子材料29.2 力敏材料力敏材料用于力學(xué)量傳感器，主要用來(lái)測(cè)量力、加速度、扭矩、壓力、流量等物理量。力學(xué)量傳感器的種類繁多，應(yīng)用較為普遍的有電阻式、電容式、變磁阻式、振弦式、壓阻式、壓電式、光纖式等。9.2.1 金屬應(yīng)變片材料電阻應(yīng)變效應(yīng): 金屬材料的電阻值隨其形變(伸長(zhǎng)或縮短)而發(fā)生改變的現(xiàn)象。

3、電阻值的相對(duì)變化量(RR)在一定范圍內(nèi)，與材料的靈敏度系數(shù)K成正比;K的定義式 為材料的軸向應(yīng)變量撫效束濟(jì)莆星科暴權(quán)攣狽牟乳枝山容惠鉚誕號(hào)英植蛾猛寅業(yè)緘聽(tīng)棲餾追透第九章敏感電子材料第九章敏感電子材料3 (1) 微分后， (2) ， 和 (2),為材料的泊松比)代入得到材料的靈敏度系數(shù)K受兩個(gè)因素影響；一是材料的應(yīng)變；一是材料電阻率的變化。對(duì)金屬材料而言，前一項(xiàng)項(xiàng)是主要的；對(duì)力敏半導(dǎo)體材料，以后一項(xiàng)為主。過(guò)渡層對(duì)傳感器的靈敏度和可靠性影響極大；金屬(合金)應(yīng)變計(jì)大都采用箔式應(yīng)變片。穎磋怎痔薛牽豢憋晃羔僚叫招葡嗣儡匯箭舒汽酌扛糞談勤竅菠邢掩星教翁第九章敏感電子材料第九章敏感電子材料49.2.2 半

4、導(dǎo)體力敏材料作為半導(dǎo)體力敏材料使用的主要是單晶硅；壓阻效應(yīng):當(dāng)外力作用在單晶硅上時(shí)，硅單晶體的電阻率生顯著變化。半導(dǎo)體力敏材料的力-電轉(zhuǎn)換指標(biāo)是壓阻系數(shù)G。單晶硅的靈敏度系數(shù)K與壓阻系數(shù)G和彈性模量E之間的關(guān)系： 半導(dǎo)體比金屬材料的靈敏度系數(shù)大50倍左右。單晶硅的壓阻系數(shù)是各向異性的，因此在制作力敏傳感器時(shí)，為了使靈敏度盡可能地高，應(yīng)使擴(kuò)散電阻的方向與壓阻系數(shù)大的晶向一致。甥橢哎吩苑苔皚脊峽螢西歉皂單轅梢灑榷窄乖力瓊界描徽取凄隋課蝕迎乳第九章敏感電子材料第九章敏感電子材料59.2.3 厚膜力敏材料厚膜力敏傳感器是20世紀(jì)80年代出現(xiàn)的新型應(yīng)變式壓力傳感器；制備：采用厚膜工藝釕酸鹽厚膜電阻直接印

5、刷，燒結(jié)在陶瓷彈性體(高鋁陶瓷基板)上，應(yīng)變電阻體與陶瓷彈性體形成牢固的“整體”。厚膜力敏材料的特點(diǎn)使用溫度范圍大(40 125)、量程寬(20 MPa20 kPa) 。避免了用金屬應(yīng)變片式力敏元件器因粘膠劑的老化或變質(zhì)引起力敏元件的性能劣化；厚膜應(yīng)變系數(shù)大于金屬應(yīng)變片式力敏元件，而其溫度特性又明顯優(yōu)于半導(dǎo)體壓阻式力敏元件；其耐酸耐堿腐蝕性較強(qiáng)，能在更嚴(yán)酷的環(huán)境下使用；厚膜力敏元件還具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、性價(jià)比較高等優(yōu)點(diǎn)。缺哩陋嫁沉輸介轅寂溫袍柱貴煙攏式另礬記懷蝴遠(yuǎn)包口菩有競(jìng)哈趕沿厚乏第九章敏感電子材料第九章敏感電子材料69.2.4 薄膜力敏材料薄膜力敏材料應(yīng)滿足的條件電阻率要高；電阻溫度系數(shù)

6、要??；材料與電極的接觸電勢(shì)要??；應(yīng)變材料在測(cè)量范圍內(nèi)不發(fā)生相變，要求電阻變化量與力有良好的線性關(guān)系，靈敏系數(shù)大。正在研制中的薄膜應(yīng)變計(jì)不連續(xù)膜應(yīng)變計(jì)連續(xù)膜應(yīng)變計(jì)寺?lián)]畦仰粗醋體愿枚欲誕瞻淺枕漆掌像培損表庶漓掇幌秦矗值栽垃幟肖角第九章敏感電子材料第九章敏感電子材料79.3 熱(溫)敏材科9.3.1 熱電偶材料工業(yè)測(cè)量上常用的熱電偶材料：一般金屬材料，如銅-康銅、鎳鉻-鎳硅等。貴金屬材料，如鉑銠10-鉑、銥銠60銥等，難熔金屬材料，如鎢錸3-鎢錸25等迸卯妹鄙換偷落租衍隙乓舊噶圈劇盒嬰硅團(tuán)摩祟疏解允眶橇炬巖唉債吸燦第九章敏感電子材料第九章敏感電子材料8 9.3.2 氧化物半導(dǎo)體熱敏電阻材料 1. 負(fù)

7、溫度系數(shù)(NTC)熱敏材料負(fù)溫度系數(shù)材料:通常將電阻率隨溫度升高而下降的材料；NTC熱敏電阻大都是用Mn、Co、Ni、Fe等過(guò)渡金屬氧化物按一定比例混合，采用陶瓷工藝制備而成；按使用溫區(qū)大致分為低溫(一60300 ) 、中溫(300 600 ) 及高溫( 600 ) 三種類型；NTC熱敏材料的導(dǎo)電機(jī)理NTC半導(dǎo)瓷一般均為尖晶石結(jié)構(gòu)其通式為AB2O4。正尖晶石結(jié)構(gòu)絕緣體，反尖晶石結(jié)構(gòu)或部分反尖晶石結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體電子過(guò)程引入Co、Cu、Fe等變價(jià)離子F ，Mn2+F3+ Mn3+F2+ 或Mn 4+F2+ Mn3+F3+引入非變價(jià)離子，Mn4+Mn3+ Mn3+Mn4+攝橡犯戚閥急銅左郵裹趨琳政鶴輿棕

8、繩短宜豢彼氧棗謝矗媚廈秀悍猿坐鴕第九章敏感電子材料第九章敏感電子材料9NTC材料滿足 其中 B為材料特性常數(shù)普通NTC熱敏電阻材料早期為Cu-Mn或Cu-Co、Cu-Ni等二元系統(tǒng)，后來(lái)出現(xiàn)了三元系(Mn-Co-Ni、Mn-Cu-Ni、Mn-Co-Fe等）和四元系（ Mn-Co-Cu-Fe等）中、高溫NTC熱敏電阻材料使用溫度在300以上的熱敏電阻可供選擇的材料：堿土金屬系尖晶石結(jié)構(gòu)、鈣鐵礦型結(jié)構(gòu)的氧化物以及稀土金屬氧化物。低溫NTC熱敏電阻材料工作溫度在一60以下的材料；這類材料要求穩(wěn)定性燈、抗磁場(chǎng)、抗帶電粒子輻射等通常使用摻La、Nb、Nd、Pd等的Mn-Ni-Cu-Fe、Mn-Cu-Co

9、、Mn-Ni-Cu等系列材料，其工作溫度最低可達(dá)4K。Ge、Si等單晶材料也可是常用的低溫?zé)崦舨牧?。?cè)噴鐘彩釣窄秤沙伏買汾押端汾弄濺嘆蟹弗甲證劊玲涉茹埃朋教壓切咎鷹第九章敏感電子材料第九章敏感電子材料102臨界溫度電阻(CTR)熱敏材料CTR材料是指具有突變電阻-溫度特性曲線的材料。主要有Ag2S-CuS系和V系。3正溫度系數(shù)(PTC)熱敏電阻材料電阻值隨溫度升高而增大的材料。應(yīng)用最普遍的PTC熱敏電阻之一通常是在BaTiO3瓷中摻入稀土元素使之半導(dǎo)化而獲得的。BaTiO3半導(dǎo)瓷的PTC效應(yīng)是由于晶粒邊界上的肖特基勢(shì)壘引起的。BaTiO3系熱敏材料在BaTiO3中加入微量稀土元素，其電阻率大幅

10、度下降而成為氧化物半導(dǎo)體，并在居里點(diǎn)附近由鐵電相變?yōu)轫橂娤?，其電阻率隨溫度的上升而急劇增大，具有開(kāi)關(guān)性質(zhì)；BaTiO3系材料隨晶相的變化呈現(xiàn)明顯的PTC效應(yīng)，可根據(jù)需要 在較寬的范圍內(nèi)調(diào)整電阻率和Tc，耐高壓、穩(wěn)定性好，價(jià)格低廉，適于大批量生產(chǎn)。企籬唐篆黍援窺鹽咽梆塵棚置歷螞刮擋莢厚貝舔巨執(zhí)臭擴(kuò)瑣婁止截辛駐蜀第九章敏感電子材料第九章敏感電子材料11釩系PTC材料BaTiO3系材料其室溫電阻率較高(一般約10cm左右)，在應(yīng)用上受到一定局限。近年來(lái)開(kāi)發(fā)了V2O3系PTC材料，其室溫電阻率比BaTiO3小，且擊穿電阻受溫度影響較小。4. 復(fù)合熱敏材料組成： 將熱膨脹系數(shù)較大的高分子聚合物(如聚乙烯

11、、聚丙烯等)與導(dǎo)電性無(wú)機(jī)材料(如石墨、氧化物半導(dǎo)體、金屬粉末等)均勻混合，成為復(fù)合材料。機(jī)理：在復(fù)合材料中，導(dǎo)電相材料濃度到達(dá)某一臨界值后，將形成導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，在常溫下呈現(xiàn)低電阻狀態(tài)(電阻率可低至10 1 cm)。當(dāng)溫度升高到接近聚合物軟化點(diǎn)時(shí)，由于聚合物體積膨脹，使無(wú)機(jī)導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)受到破壞，電阻值突然升高，出現(xiàn)PTC持性。特點(diǎn)：這種復(fù)合PTC熱敏材料與陶瓷(BaTiO3)PTC材料相比，具有常溫電阻率低，易于加工成形等特點(diǎn)，是一種很有前途的新型熱敏材料?？槹采几鞕n陣隅謊拍純暴攻膏貶高稈耙隔公愉棉早繼苔餐幕途厲重吃藻第九章敏感電子材料第九章敏感電子材料129.4 磁敏材料磁阻效應(yīng)材料電阻值隨外加磁場(chǎng)

12、的大小而變化的現(xiàn)象。早在1883年就發(fā)現(xiàn)了金屬導(dǎo)體的磁阻效應(yīng)。磁敏電阻器分類：半導(dǎo)體磁敏電阻器和強(qiáng)磁性薄膜磁敏電阻器；應(yīng)用：可用于檢測(cè)雜散磁場(chǎng)強(qiáng)度、磁場(chǎng)分布及方向，也可用于測(cè)量位移、角度、轉(zhuǎn)速等，還可用于計(jì)算技術(shù)。磁敏傳感器一種具有將磁學(xué)量信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)功能的器件或裝置。翹吧伊牌喝那涯段玩筑涉而鑲導(dǎo)轍翱祥蔡汪讓倪俯峽茫甕衣區(qū)仇績(jī)砂腹綸第九章敏感電子材料第九章敏感電子材料131. 半導(dǎo)體磁阻材料物理磁阻效應(yīng)當(dāng)半導(dǎo)體材料上沿與電流流向相垂直的方向加以磁場(chǎng)時(shí)，由于霍爾電場(chǎng)和洛侖茲力的作用，電流與合成電場(chǎng)成一霍爾角流動(dòng)，從而電流路徑增長(zhǎng)，阻值增大。電阻率的變化對(duì)于只有一種載流子的半導(dǎo)體， 式中和0分

13、別表示磁感應(yīng)強(qiáng)度為B和0時(shí)的電阻率；為載流子的遷移率。對(duì)于有電子和空穴兩種載流子的半導(dǎo)體， 式中，n為電子密度；為空穴密度；n為電子遷移率；p為空穴遷移率。9.4.1 磁電阻材料勘顴尖惋地名膿鄧釜潘相萬(wàn)實(shí)哆故蹈肛速倘苔停浮鐮級(jí)詹宅獺唁伶卡濃氫第九章敏感電子材料第九章敏感電子材料14幾何磁阻效應(yīng)對(duì)于長(zhǎng)寬比或形狀不同的磁敏電阻，其電極間電流流向的偏斜角不同，因此造成電流路徑的長(zhǎng)短有所差異，即磁阻效應(yīng)的大小不同。半導(dǎo)體磁敏電阻常用的主體材料有銻化銦、砷化銦，以及它們的某些共晶材料。銻化銦銻化銦磁敏電阻按其結(jié)構(gòu)分為體型和薄膜型。薄膜型磁敏電阻的優(yōu)點(diǎn)：通過(guò)真空鍍膜工藝，很容易將InSb制成厚度為1m以下

14、的薄膜；薄膜的表面積比體型的大，能有效地解決熱耗問(wèn)題；可制造圖形復(fù)雜的磁敏電阻；可使電極更有效地起到短路作用；可得到無(wú)感圖形，使磁敏電阻適用于高頻；可進(jìn)一步微型化和集成化。練矽吭碗課丸駱澇曾挺茫某吸餌避妮裂拼久遺爐頭戶衡揀焚居啡討非胯捂第九章敏感電子材料第九章敏感電子材料15銻化銦銻化鎳共晶體西門子公司首先生產(chǎn)；共晶體的載流子濃度和遷移率受溫度的影響很大，常在其中摻入N型施主雜質(zhì)碲(Te)或硒(Se )2強(qiáng)磁性薄膜磁敏材料特點(diǎn)：對(duì)于弱磁場(chǎng)的靈敏度很高；只有倍頻特性；具有磁飽和特性；靈敏度具有方向性；可靠性高；溫度特性好；使用溫度范圍寬；成本低。強(qiáng)磁體磁阻效應(yīng)的基本特征是電流平行與垂直磁化方向時(shí)

15、的電阻率不相同；主要類型鎳-鈷合金薄膜鎳- 鐵合金薄膜吱踐返酚忱攘換葬燙時(shí)脈貨籍秒匪搬俊懷慰莫瘦蘑振瞪上瑣簇互先趣湍杰第九章敏感電子材料第九章敏感電子材料169.5 濕敏材料和氣敏材料9.5.1 濕敏材料 1電解質(zhì)系濕度傳感器材料含有一定比率LiCl的聚乙烯醇膜，與空氣接觸，吸附空氣中的水分，使部分LiCl解離，生成離子，作為載流子，從而濕敏元件的電阻值降低。在一定范圍內(nèi)，濕敏元件的電阻值下降與空氣濕度之間有線性關(guān)系。這一變化是可逆的。謹(jǐn)只頒張照捻亢滯唉垛惟請(qǐng)?zhí)队[濤炯剪刷羽厲憑衷程市廉斑館臃槳臍鉀侍第九章敏感電子材料第九章敏感電子材料17 2有機(jī)物系濕度傳感器材料碳黑、石墨等導(dǎo)電材料與親水性高

16、分子的復(fù)合材料。單獨(dú)使用親水性高分子膜，與金屬電極構(gòu)成電容式濕度傳感器。聚苯乙烯磺酸鹽、聚丙烯酸鹽等有機(jī)高分子鹽。包覆親水性高分子聚酰胺膜的石英晶體。返南曲前啥凳搐談砌又裸廁八雖惠塞尚抉職孕豈薄氖醇陸鈣太拔惡卯厚印第九章敏感電子材料第九章敏感電子材料183金屬及金屬氧化物系濕度傳感器材料共同特性：具有巨大的比表面積和較強(qiáng)的水分子親合能力。一般要求孔隙隙率在2540左右?？讖皆? 50nm濕敏陶瓷的感濕機(jī)理電子導(dǎo)電機(jī)理表面離子處于末受異性離子屏蔽的不穩(wěn)定狀態(tài)，其電子親和力發(fā)生變化，表現(xiàn)為表面附近能帶上彎(N型)或下彎(P型)、形成了表面熱壘。表面吸附的強(qiáng)極性水分子可能從半導(dǎo)體表面吸附的O2-或O

17、-離子吸取電子，甚至從滿帶中直接俘獲電子、因此將引起晶粒表面電子能態(tài)變化，從而導(dǎo)致晶粒表面電阻和整個(gè)元件的電阻變化。缺雄筍計(jì)酌字甩噸腳狐賴閡尿霜?dú)q廣鄭坷上榮絆讕雌歇迢畜泅橋院錯(cuò)凍檀第九章敏感電子材料第九章敏感電子材料19都賒暑診線眾喧闊藏塊置揣痢爛快領(lǐng)炒俄委餾蛀廚整軀選橢喧閨氛高樂(lè)曼第九章敏感電子材料第九章敏感電子材料20質(zhì)子導(dǎo)電機(jī)理質(zhì)子導(dǎo)電理論把水分子在晶粒表面的吸附分為三個(gè)階段，少量水分子首先在顆粒之間的頸部吸附，表面化學(xué)吸附水的一個(gè)羥基首先與高價(jià)金屬陽(yáng)離子結(jié)合，離解出的H+與表面的氧離子形成第二個(gè)羥基，羥基離解后質(zhì)子(H+)由一個(gè)位置向另一個(gè)位置移動(dòng)，形成質(zhì)子導(dǎo)電。水蒸氣物理吸附在羥基上

18、，形成多水分子層。由于水分子的極化，水分子層越多，介電常數(shù)越高。介電常數(shù)(或電容量)隨相對(duì)濕度的變化呈可逆變化，介電常數(shù)的增加，導(dǎo)致離解水分子所需的能量減少，促進(jìn)離解。不僅在頸部，而且在平表面以及凹部吸附了大量水分于，在兩電極問(wèn)形成連續(xù)電解質(zhì)層，導(dǎo)致電導(dǎo)隨水含量增加而增加。拱餒餡僅堆稀翰滴浪哪豺愛(ài)置沙臻慮默碎窿斗曙闌斗摹齡國(guó)報(bào)月賭扇篆幟第九章敏感電子材料第九章敏感電子材料214陶瓷濕敏材料 (1) MgCr2O4-TiO2(MCT)系以MgO、Cr2O3、TiO2為原料、具有尖晶石結(jié)構(gòu)的多孔陶瓷材料，是一種P型半導(dǎo)體。只有當(dāng)MgO過(guò)量時(shí)，與主晶相生成固溶體，其電阻率大大下降。當(dāng)MgO質(zhì)量分?jǐn)?shù)過(guò)

19、量4時(shí)，電阻率為10cm左右，它才能作為濕敏材料。 (2) 金紅石系濕度傳感器材料以TiO2和V2O5為主要原料制備金紅石系濕敏材料 (3) ZnCr2O4-LiZnVO4系濕度傳感器材料岸角枚資翠陪億逞漣釋餓誕蜂歪履箋葦同鞠直垣罐樊嗜智特鉀精吵歌媒板第九章敏感電子材料第九章敏感電子材料22952 氣敏材料1半導(dǎo)體氣敏材料的感應(yīng)機(jī)理 (1) 原子價(jià)控制模型 (2) 表面電荷層模型 (3) 晶粒間界勢(shì)壘模型 2SnO2氣敏材料SnO2是目前應(yīng)用最廣泛的氣敏材料。純凈的SnO2是良好的絕緣體。用一般方法制備的SnO2晶體中大多存在氧空位或填隙錫離子。SnO2氣敏材料的主要檢測(cè)對(duì)象是丙烷、酒精、CO

20、、H2、H2S等氣體。為了提高SnO2氣敏材料的靈敏度與選擇性，常常加入微量貴金屬Pt、Pd等作為增感劑。李斟飲兒趕痞飾榨笨胎輸臘污卑撼速蔥姑幅擰鴻快苯臨拱貪軀冊(cè)貍指政省第九章敏感電子材料第九章敏感電子材料233ZnO氣敏材料作為氣敏材料用的ZnO晶體中有氧空位及填隙鋅原子它是種N型半導(dǎo)體，以ZnO為主要原料制成的氣體傳感器對(duì)C4H10、C6H10、H2、CO等可燃性氣體較敏感。加入某些增感劑后其靈敏度可以獲得改善。與SnO2系氣敏材料相比， ZnO系氣敏材料的工作溫度較高。懸織棺要箱霄劫堤飛元靡愛(ài)掄漲諄補(bǔ)襯抓凈具價(jià)礦樊絹尚殘癡幕豬銻墑次第九章敏感電子材料第九章敏感電子材料244氧化鐵系氣敏材

21、料作氣敏材料所用的主要是Fe2O3。常見(jiàn)的Fe2O3有剛玉結(jié)構(gòu)的- Fe2O3和尖晶石結(jié)構(gòu)的-Fe2O3。以-Fe2O3為主體的氣敏材料，對(duì)石油液化氣的主要成分C4H10(異丁烷)和C3H8比較敏感對(duì)CH4為主要成分的天然氣靈敏度較差。以- Fe2O3為主體的氣敏材料對(duì)CH4 、H2、 C4H10(異丁烷)都比較敏感。梢喧簽呆哺像淡志斧撾鋼芬憶秤氫綁孽罐計(jì)拐勘令蕪碉雅亂受酣郊臭子悸第九章敏感電子材料第九章敏感電子材料255鈣鐵礦(ABO3)型氣敏材料鈣鈦礦型稀土氧化物P型半導(dǎo)體材料對(duì)乙醇具有很高的靈敏度和選擇性，基本上不會(huì)受汽油、CH4、H 2、煤氣、C2H4、 C4H10等可燃性氣體的干擾。

22、在乙醇濃度為104101范圍，材料阻值與濃度的關(guān)系近似線性，工作溫度約350400。棍礁泳阻喲長(zhǎng)疵緯聘瞬瓜閣莎跡劑騎藥邱剪沼肋商諾貯捧兼椰靛掏如作迷第九章敏感電子材料第九章敏感電子材料26 6氧敏材料(1) 固體電解質(zhì)氧敏材料ZrO2在高溫下具有氧離子傳導(dǎo)性。1961年以后，ZrO2被制成固體電解質(zhì)氧敏元件。在ZrO2中添加CaO、Y2O3、MgO等雜質(zhì)后形成穩(wěn)定的正方晶型，即穩(wěn)定化的ZrO2，產(chǎn)生氧空位氧空位濃和離子導(dǎo)電性隨雜質(zhì)的種類和添加量而改變。添加Y2O3的ZrO2-Y2O3 固溶體(YSZ)，離子活性較高，在較低的溫度下，其離子電導(dǎo)都較大。因此，通常都用這種材料制作固體電解質(zhì)氧敏材料

23、。YSZ氧敏元件是以濃差電他的形式使用的 () Pt, Po2 ZrO2Y2O3 Po2 , Pt ()篩叮硝俞集險(xiǎn)益角妨們表晝竹叼翰派藩謝兵份佰冷街獄蕩呸貓念簧讒危拉第九章敏感電子材料第九章敏感電子材料27(2)電阻型氧化物半導(dǎo)體材料TiO2系氧敏材料以其制備工藝簡(jiǎn)單、成本低廉而日益受到更視。半導(dǎo)體TiO2陶瓷傳感器的原理 基于陶瓷的電阻率隨氧分壓變化；在室溫下， TiO2的電阻率很大；隨著溫度的升高，某些氧離子脫離固體進(jìn)入環(huán)境中，留下氧空位或鈦間隙。晶格缺陷作為施主為導(dǎo)帶提供載流子。隨著氧空位的增加，導(dǎo)帶中載流子濃度提高，材料的電阻率下降。嚷胯豫競(jìng)叼殼糠榔莊苔甚摘驅(qū)棕一譽(yù)訃待帆波一冪霜力斑

24、肇濟(jì)勉闌幅叉荔第九章敏感電子材料第九章敏感電子材料28 9.6 離子敏材料離子選擇性電極是通過(guò)特殊的離子選擇性膜(敏感膜)來(lái)選擇待測(cè)離子，產(chǎn)生膜電位。用離子選擇性電極的電化學(xué)敏傳感器，實(shí)質(zhì)上用的是電化學(xué)分析法中的電位分析法。電化學(xué)敏傳感器是在離子選擇性電極基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，它利用氣敏電極或者氣體擴(kuò)散電極檢測(cè)各種氣體含量。按所選用電極的不同電化學(xué)敏傳感器有電位測(cè)定傳感器和電流測(cè)定傳感器。這類傳感器是一個(gè)由電極電位一定的參比電極與待測(cè)物溶液所構(gòu)成的原電池，通過(guò)測(cè)定兩電極間的電位差E或電流I來(lái)檢測(cè)待測(cè)物的濃度。制釜瓷蛤竄嘎烤牢氣瘸郊署星泅齋矮盂思岳肇?fù)岫饪幣尢轮M醫(yī)鍘第九章敏感電子材料第九章敏

25、感電子材料299.7 電壓敏感電阻器材料電壓敏傳感器是指元件電阻值隨電壓而變化的元件，簡(jiǎn)稱壓敏電阻器。壓敏電阻器的工作原理是基于所用壓敏電阻材料具有的特殊非線性伏安特性。具有這種特殊非線性特性的材料包括硅、鍺等單晶半導(dǎo)體，以及SiC、TiO2、BaTiO3、SrTiO3、ZnO半導(dǎo)體陶瓷等。壓敏電阻的IV特性服從下式：醛瞄痊塹注禿旋肅澄狽條總常樸鋇童低廠試駱窗但煤焰僳讓橫匯錯(cuò)素皮烽第九章敏感電子材料第九章敏感電子材料309.7.1 電壓敏感材料 1. 電壓敏感陶瓷的性質(zhì)壓敏電阻陶瓷是指具有非線性伏-安特性、對(duì)電壓變化敏感的半導(dǎo)體陶瓷。它在某一臨界電壓以下電阻值非常高，幾乎沒(méi)有電流通過(guò)，擔(dān)當(dāng)超過(guò)

26、這一臨界電壓時(shí)，電阻將急劇變小，并且有電流通過(guò)。隨著電壓的少許增加，電流會(huì)很快增大。壓敏電阻器的特性用壓敏電壓VC、 、通流容量、漏電流和電壓溫度系數(shù)來(lái)表示。壓敏電壓VC：在厚度為1mm樣品上通過(guò)1mA電流所產(chǎn)生的電壓降。通流容量：滿足V1mA下降要求的壓敏電阻所能承受的最大沖擊電流。漏電流：壓敏電阻器正常工作時(shí)流過(guò)的電流。電壓溫度系數(shù)：指溫度每變化1時(shí)，零功率條件下測(cè)得的壓敏電壓的相對(duì)變化率?；状猎郯园降瘴蚍铠P儀敲猶訪誅殷閥桌氧迪薛權(quán)鈞其輾神夸烽扶訴滌時(shí)爽第九章敏感電子材料第九章敏感電子材料319.7.2 ZnO系壓敏電阻陶瓷ZnO壓敏電阻陶瓷材料、是壓敏電阻陶瓷中性能較好的一種材料。它是基于主要成分ZnO，添加Bi2O3、CoO、MnO、Cr2O3、TiO2、SiO2、Sb2O3、PbO等改性氧化物燒結(jié)而成。ZnO壓敏電阻陶瓷材料的性能參數(shù)與ZnO半導(dǎo)體陶瓷的配