1、部分習(xí)題參考答案第10章 半導(dǎo)體式化學(xué)傳感器10.1 什么是半導(dǎo)體氣體傳感器？它有哪些基本類型？氣體傳感器的發(fā)展動態(tài)如何? 10.2 半導(dǎo)體氣體傳感器主要有哪幾種結(jié)構(gòu)？各種結(jié)構(gòu)氣體傳感器的特點(diǎn)如何？10.3 如何提高半導(dǎo)體氣體傳感器的選擇性？根據(jù)文獻(xiàn)舉例說明，目前實(shí)用氣體檢測方法常用哪些氣敏傳感器？它有什么特點(diǎn)？10.4 半導(dǎo)體氣體傳感器為什么要在高溫狀態(tài)下工作？加熱方式有哪幾種？加熱絲可以起到什么作用？10.5 查找文獻(xiàn)說明近年有哪些新性的氣體傳感器。10.6 什么是絕對濕度？什么是相對濕度？表示空氣濕度的物理量有哪些？如何表示？10.7 濕度傳感器的種類有哪些？主要參數(shù)有哪些？簡述氯化鋰濕

2、度傳感器的感濕原理。10.8 簡述半導(dǎo)體濕敏陶瓷的感濕機(jī)理。半導(dǎo)體陶瓷濕敏傳感器有那些特點(diǎn)？ 10.9 離子選擇電極是如何分類的？離子選擇電極分析法有什么特點(diǎn)？試述離子選擇電極的結(jié)構(gòu)與測量原理。答案：10.1答：（略）10.2答：1）按構(gòu)成氣敏傳感器的材料可分為半導(dǎo)體和非半導(dǎo)體兩大類；按半導(dǎo)體的物理特性，氣敏傳感器可分為電阻型和非電阻型。2）早期電化學(xué)和光學(xué)方法，其檢測速度慢、設(shè)備復(fù)雜、使用不方便；新型金屬氧化物半導(dǎo)體傳感器由于靈敏度高、體積小、使用方便，已廣泛用于檢測、分析領(lǐng)域。電阻型氣敏傳感器是利用氣體在半導(dǎo)體表面的氧化和還原反應(yīng)，導(dǎo)致敏感元件阻值變化，電阻型氣敏傳感器是目前使用較廣泛的一

3、種氣敏元件，傳感器主要由敏感元件、加熱器、外殼三部分組成。非電阻型氣敏傳感器有不同類型，如利用MOS二極管的電容-電壓特性變化，利用MOS場效應(yīng)管的閾值電壓的變化，利用肖特基金屬半導(dǎo)體二極管的勢壘變化進(jìn)行氣體檢測。10.3答：（略）10.4答：1）因?yàn)樵诔叵?，電?dǎo)率變化不大，達(dá)不到檢測目的，因此以上結(jié)構(gòu)的氣敏元件都有電阻絲加熱器，加熱時間23分鐘，最佳工作溫度為200400。2）加熱方式分為直熱式和旁熱式。電阻型氣敏傳感器加熱的目的有兩個方面的因素，一是為了加速氣體吸附和上述的氧化還原反應(yīng)，提高靈敏度和響應(yīng)速度，另外使附著在傳感器元件殼面上的油霧、塵埃燒掉。10.5答：（略）10.6答：1）

4、絕對濕度指單位體積空氣內(nèi)所含水汽的質(zhì)量，一般用每立方米空氣中所含水汽的克數(shù)表示2）相對濕度是指被測氣體中，實(shí)際所含水汽蒸汽壓和該氣體在相同溫度下飽和水蒸氣壓的百分比，一般用符號%RH(Relative Humidity)表示，無量綱。3）除用絕對濕度、相對濕度表示空氣的水汽含量外，露點(diǎn)溫度是一個與濕度相關(guān)的重要物理量，簡稱露點(diǎn)。當(dāng)空氣中溫度下降到某一溫度時，空氣中的水汽就有可能轉(zhuǎn)化為液相而凝結(jié)成露珠，這一特定溫度稱為空氣的露點(diǎn)或露點(diǎn)溫度。10.7答：（略）10.8答：1）半導(dǎo)體濕敏電阻通常用兩種以上的金屬氧化物半導(dǎo)體燒結(jié)成多孔陶瓷，多孔陶瓷表面吸收水分的情況分為三個階段，第一階段是陶瓷在低濕區(qū)

5、域或剛接觸水汽；第二階段是進(jìn)一步吸收水分子或中等濕度環(huán)境；第三階段大量水汽存在使晶粒界充滿水分子。2）半導(dǎo)瓷濕敏傳感器有正特性和負(fù)特性兩種。負(fù)特性半導(dǎo)體瓷濕敏電阻的電阻值隨濕度增加而下降，電阻率低，阻值-濕度特性好。由于水分子中（H2）氫原子具有很強(qiáng)的正電場，當(dāng)水分子在半導(dǎo)體瓷表面吸附時可能從半導(dǎo)體瓷表面俘獲電子，使半導(dǎo)體表面帶負(fù)電，相當(dāng)表面電勢變負(fù)，（P型半導(dǎo)體電勢下降，N型半導(dǎo)體出現(xiàn)反型層）電阻率隨濕度增加而下降。10.9答：1）ISFET沒有金屬柵極，而是在絕緣柵上制作了一層敏感膜，敏感膜種類很多，不同敏感膜檢測離子種類不同，具有離子選擇性，如：Si3N4氮，SiO2、Al2O3（無機(jī)膜）可測H+（氫）、PH。2）器件在SiO2層與柵極間無金屬電極，而是待測溶液，溶液與參比電極同時接觸充當(dāng)柵極構(gòu)成場效應(yīng)管，工作原理與場效應(yīng)管相似。3）離子敏傳感器是將普通MOSFET的金屬柵去掉，讓絕緣氧化層直接與溶液相接觸，柵極用鉑金屬膜作引線，在鉑膜上涂