[实用新型]平面型气敏半导体传感元件

说明书

本实用新型涉及的是一种半导体气敏复合元件。

半导体气敏元件通常以金属氧化物烧结陶瓷制成。        这种元件以其多孔状多晶半导体的表面电导，能够在300～600℃下灵敏地随着环境气氛中还原性气体成份的含量不同而剧烈地改变为主要特征。这种元件烧结成形前的元件坯芯制作，在国外多为模制，而国内多以手工成形。这样的制品，        制作时工效低，成活率低、产品个体不均匀。并且，由于其工作温度必须在300～600℃，所以在坯芯内必须埋设以φ40μm的铂丝绕成的线圈，作为元件的加热器，这不但在装置成通常连续工作的探测器时，需消耗一定加热功率，而且由于成活率低。又带来了贵金属的过量消耗，从而使产品的成本高、消耗大、价格昂贵，严重地阻碍了气敏传感元件的广泛应用。此外，还因材料和成形工艺的非均匀性给制成品带来的性能参数的分散性，致使这种气敏半导体元件在配套应用上，缺乏互换性，这又给应用带来了很大的不便，并由于配套率低继而造成元件的浪费。另外，这种由单一化合物成份烧结制成的气敏元件，对于还原性可燃气体的气氛，具有“广谱型”气敏性，就是说它对于环境气氛中的还原性气体的各种成份一概地敏感而无分辨性暨选择性灵敏度。为此，八十年代初以来，日、美、联邦德国等陆续公布了几项具有气敏特性的若干选择性的改进型气敏元件，但国内市场未见相应产品，对其相应的关键工艺也未突破。

本实用新型的任务是提供一种能够批量加工的气敏传感元件，达到产品均匀一致，具有较好的互换性和选择性灵敏度以及耗能低、价格便宜且工艺易于实现大生产的目的。

本实用新型是这样实现的：在平面结构的具有横向P－N结的硅器件的漂移区表面及注入区电极上，淀积有气敏活性的金属氧化物多晶半导体覆盖层。金属氧化物多晶半导体覆盖层采用SnO₂、ZnO、Fe₂O₃等作为气敏材料，其以气相热解淀积和光刻成形工艺实现。覆盖层的作用在于以氧化物气敏电导调制横向晶体管的基区电导，从而使气敏效应直接与P－N结放大效应复合。

本实用新型的优点是，它采用半导体器件的“平面工艺”作为制作的基础手段，特别是能以大生产的工艺方式形成均质的具有气敏活性的半导体金属氧化物覆膜，这种覆膜可以多次由不同种的金属氧化物经淀积和光刻成形，从而使元件获得对不同的还原气体成份具有不同的选择性灵敏度。由于这种均质的氧化物半导体气敏覆膜粒度细密，且便于工艺控制，因此使其可以实现产品的均匀一致性和互换性。由于采用气敏效应与P－N结放大效应复合的结构，使其成为无需加热暨低耗运行的“室温气敏”气敏探测器传感元件。

本实用新型的具体结构由以下实施例及其附图给出：

图1是本实用新型的典型结构图。其中：1、衬底；2、漂移区；3、注入区；4、电极；5、气敏层；6、SiO₂保护层。

图2是本实用新型的一种典型应用例，其中：A为气敏半导体元件，IC－线性放大器，SCR－无触点开关，BZ－报警器或启动控制电路。

参看附图：由衬底1、漂移区2、注入区3、电极4、SiO₂保护层6构成了具有横向P－N结的平面型硅器件。漂移区2和注入区3及电极4的上面均淀积一层有气敏活性的金属氧化物多晶半导体覆盖层5。这一淀积气敏层采用SnO₂、ZnO，Fe₂O₃等材料制备。可以使用单一材料，也可以用几种材料多次淀积形成多层结构。

本实用新型适于以“黑白元件”方式接成电桥，构成监测还原性气体的传感器（图2）。它适用于对各种可燃气体（如：H₂、CO、BH₃、CH₄、C₂H₂等）及挥发性易燃易爆有机溶剂（如：汽油、醚、醇、环烃、酮、醛、酯等）的检测和持续性监视及安全自动化控制，是油田、煤矿、化工、火箭发射、粮油加工、建筑防火、医药卫生、照像印刷、环境保护等行业部门不可缺少的安全技术感知手段和系统安全工程构成的关键器件。