人們?cè)谘兄圃囼?yàn)各種陶瓷時(shí),發(fā)現(xiàn)半導(dǎo)體陶瓷作為氣敏材料的靈敏度非常高。如薄膜狀氧化鋅氣敏材料可檢測(cè)氫氣、氧氣、乙烯和丙烯氣體;以鉑作催化劑時(shí)可檢測(cè)乙烷和丙烷等烷烴類(lèi)可燃性氣體;氧化錫氣敏材料可檢測(cè)甲烷、乙烷等可燃性氣體。氧化銥系材料是測(cè)氧分壓最常用的敏感材料。
此外,氧化鐵、氧化鎢、氧化鋁、氧化鋁等氧化物都有一定的氣敏特性。它們通過(guò)有選擇地吸附氣體,使半導(dǎo)體的表面能態(tài)發(fā)生改變,從而引起電導(dǎo)率的變化,以此確定某種未知?dú)怏w及其濃度。目前探測(cè)諸如一氧化碳、酒精、煤氣、苯、丙烷、氫、二氧化硫等氣體的氣敏陶瓷已經(jīng)獲得了成功。
半導(dǎo)體陶瓷氣敏材料在工業(yè)上有著極為廣闊的應(yīng)用前景。如對(duì)煤礦開(kāi)采中的瓦斯進(jìn)行控制與檢測(cè),對(duì)煤氣輸送和化工生產(chǎn)中管道氣體泄漏進(jìn)行監(jiān)測(cè)等。
氣敏陶瓷通常分為半導(dǎo)體式和固體電解質(zhì)式兩大類(lèi)。
按制造方法又分為燒結(jié)型、厚膜型和薄膜型。
制造方法又分為燒結(jié)型、厚膜型和薄膜型。
按材料成分分為金屬氧化物系列( ZnO、材料成分分為金屬氧化物系列(SnO2、ZnO和復(fù)合氧化物系列(通式為ABO Fe2O3、ZrO2)和復(fù)合氧化物系列(通式為ABO3)。
半導(dǎo)體氣敏陶瓷的導(dǎo)電機(jī)理主要有能級(jí)生成理論和接觸粒界勢(shì)壘理論。按能級(jí)生成理論,當(dāng)SnO2、ZnO等N型半導(dǎo)體陶瓷表面吸附還原性氣體時(shí),氣體將電子給予半導(dǎo)體,并以正電荷與半導(dǎo)體相吸,而進(jìn)入N型半導(dǎo)體內(nèi)的電子又束縛少數(shù)載流子空穴,使空穴與電子的復(fù)合率降低,增大電子形成電流的能力 ,使陶瓷電阻值下降;當(dāng)N型半導(dǎo)體陶瓷表面吸附氧化性氣體時(shí),氣體將其空穴給予半導(dǎo)體,并以負(fù)離子形式與半導(dǎo)體相吸, 而進(jìn)入N型半導(dǎo)體內(nèi)的空穴使半導(dǎo)體內(nèi)的電子數(shù)減少,因而陶瓷電阻值增大。接觸粒界勢(shì)壘理論則依據(jù)多晶半導(dǎo)體能帶模型,在多晶界面存在勢(shì)壘,當(dāng)界面存在氧化性氣體時(shí)勢(shì)壘增加,存在還原性氣體時(shí)勢(shì)壘降低,從而導(dǎo)致阻值變化。