[发明专利]具有环境温、湿度自补偿能力的In2O3基热线型半导体气体传感器

说明书

本发明属于气体传感器技术领域，具体公开一种具有环境温、湿度自补偿能力的In₂O₃基热线型半导体气体传感器。该气体传感器包括敏感元件和补偿元件，其特别之处在于：敏感元件的敏感材料为添加贵金属的In₂O₃，补偿元件的补偿材料为添加贵金属和掺杂X的In₂O₃，其中所述X为Zn、Cu、Si、Al、Ca、Mg中的至少一种，敏感材料和补偿材料中的贵金属为Pd、Pt中的至少一种。本发明以添加贵金属的In₂O₃作为敏感材料，通过在In₂O₃中掺杂增加材料的电阻率作为补偿材料，使补偿材料和敏感材料在组成、结构和颜色等一致，到达敏感材料和补偿材料具有相同的吸湿和传热性能，实现对环境温湿度变化的自补偿。

技术领域

本发明属于气体传感器技术领域，具体涉及一种具有环境温、湿度自补偿能力的In₂O₃基热线型半导体气体传感器。

背景技术

按照检测原理分类，气体传感器可分为半导体金属氧化物气体传感器、电化学气体传感器、催化燃烧型气体传感器、热导气体传感器和光学气体传感器。电化学气体传感器稳定性和线性好，但电化学传感器工艺复杂、价格较高。光学气体传感器信号稳定，抗干扰能力强，但是光学气体检测设备体积大，价格昂贵。热导气体传感器灵敏度较低，受环境温度影响较大，实际应用较少。催化燃烧型气体传感器是在Al₂O₃中掺杂Pt、Pd等贵金属，在一定工作温度下可燃气体在Pt、Pd催化下发生氧化反应并放出热量，利用放出的热量使Pt丝线圈温度升高，从而使Pt丝电阻升高达到检测可燃气体的目的。催化燃烧型气体传感器只是利用反应前后Pt丝线圈的电阻变化来检测可燃气体，所以催化燃烧型气体传感器的灵敏度较低，对5000 ppm CH₄、2000 ppm LPG、1000 ppm H₂其灵敏度通常低于20 mV，可见其灵敏度较低，同时受原理限制，传感器选择性较差。半导体金属氧化物气体传感器因为其灵敏度高、使用寿命长、选择性较好以及结构简单、工艺成熟、价格低廉等，所以是气体传感器中应用最为广泛的一种气体传感器。

然而，半导体金属氧化物气体传感器易受使用环境条件的影响，环境温度和湿度变化造成传感器输出信号漂移，严重影响传感器检测气体浓度的准确性和精度，这也是造成半导体金属氧化物气体传感器多应用于民用领域，而工业领域多采用其他类气体传感器的重要原因。这一缺点是半导体金属氧化物气体传感器中长期存在的问题，虽然有文献报道减少该类传感器受环境温、湿度变化的方法，但是受金属氧化物材料本身特性和传感器结构限制，一直缺乏有效方法。工业上多采用外置温度和湿度传感器检测温、湿度信号，然后通过检测电路对传感器输出信号进行补偿的方法加以校正。工业上这种方法虽然有一定效果，然而不仅增加了检测仪器成本，而且需要传感器信号与温湿度变化的关系，实际应用中有一定困难。

In₂O₃是一种n型半导体金属氧化物，是一种常用的半导体气敏材料，对很多气体都有较高的灵敏度，如C₂H₁₀OH、H₂、LPG、CO、O₃和NO₂等。同时In₂O₃相比于SnO₂电阻率更低、具有更好的导电性，因此也是更理想的热线型金属氧化物气体传感器用气敏材料。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有环境温、湿度自补偿能力的In₂O₃基热线型半导体气体传感器。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：