金属氧化物半导体SO2气体传感器的研究现状*

刘 航,王秋晨,于兰伊,王林康

(吉林建筑大学 电气与计算机学院,吉林 长春 130118)

0 引 言

SO2是一种有刺激性气味的无色透明气体,主要通过火山爆发、温泉等自然现象和汽油等化石燃料燃烧、硫铁矿和硫化矿的冶金过程等人类活动释放到大气中。SO2被氧化成SO3与雨水发生反应形成了酸雨,这会导致土壤酸化、植物减产等。SO2的排放严重影响了环境质量。研究结果表明,SO2浓度过高会危害人类身体健康,会造成呼吸系统、神经系统、心脑血管等方面的疾病。美国职业健康与安全管理局(OSHA,USA)规定SO2的允许接触限值(PEL)仅为5×10-6。因此,实现SO2气体快速、高灵敏度的检测一直是科研工作者的热点研究课题[1～5]。

金属氧化物半导体材料由于体积小、成本低、可实时监测等特点被广泛应用于检测SO2气体。常见的金属氧化物半导体气敏材料有SnO2[6],WO3[7],ZnO[8],In2O3[9],NiO[10],CuO[11]等。它们也可用于检测其他的有害环境的污染物如NO2,CO,NH3,H2S等气体。

本文将近年来国内外报道的SO2气体传感器进行分类总结,为下一步研制出高灵敏度、成本更低、合成方法更先进的SO2气体传感器提供新思路。

1 机 理[12～15]

半导体材料与普通的金属材料和绝缘材料不同,它的电导率低,介于金属材料和绝缘材料之间。半导体材料的电阻率会随着环境温度提高而变小,这是由于半导体材料中的载流子数目会随着温度的升高而迅速增加。材料电阻率与其参量的关系式为ρ=1/nqv，其中，ρ为电阻率；n为载流子浓度；q为载流子电量；v为载流子的移动速度。

O2(gas)→O2(ads)

(1)

(2)

(3)

(4)

当气敏元件接触到还原性的气体时,气体与吸附氧发生氧化还原反应,自由电子会重新回到导带中,耗尽层宽度变小,势垒高度变小,宏观表现为电阻减小。……