外文文献翻译译文---金属氧化物半导体传感器用于空气中活性气体杂质测定

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1、PDF外文：http:/ 中文 7420 字  ISSN 1070-3632。  俄罗斯普通化学杂志 ， 2008 年， 第 12 号 ,第 78 卷， 第 2545-2555 页 。 宿星出版社出版 有限公司 ,2008 年。 原始俄罗斯文本， L.A. Obvintseva 于 2008 年发表在俄罗斯化学杂志，第二号，第 52 卷，第 113 页 -121 页。  金属氧化物半导体传感器 用于空气中活性气体杂质测定  L. A. Obvintseva 摘要 :本文 对测量 微量 O2,NOx， CL2， ClO2,和 HCl 金属氧化物半导体传感器

2、的特点进行了讨论。对半导体传感器的具体功能和这些微量杂质的检测进 行了测定。对由传感器产生的信号大小在 WO3-， ZnO-，和 In2O3 传感层进行检测，涉及到检测 O3， NOx， Cl2， ClO2和 HCl 的浓度。通过半导体传感器检测目标杂质敏感性的反应使其适合衡量卫生区和检测大气中臭氧水平的最高允许浓度。对用半导体气体传感器的气体分析仪在开放的环境中测定气体的杂质的实例加以说明。  简介 ： 在 20 世纪 40 年代 的研究工作集中于半导体电物理特性影响气体吸附 。从那时起半导体工程取得了重大进展但也提出来反问题，即从检测半导体的电物理特性的变化检测气体杂质。然而，相

3、对于半导体 1 器件 被立即纳入 科学和技术各个领域半导体传感器，它经历了一个漫长的过程，即从实验室模型到大规模生产。这一领域的进步很大程度上归功于由I.A. Myasnikov 领导的卡尔波夫物理研究所（ NIFKHI） 所进行 的研究活动。这些研究主要是集中在发生在半导体金属氧化物表面 发生的 基 本 物理化学反应 和 高灵敏度传感器的物理应用（这些研究的大部分调查结果汇总见 1）。为此，在实验室中 一些 经过独特设计的 独一无二 仪器被使用 。 在为测定空气中气体杂质而进行的半导体传感器设计及研究活动（主要是国外）有了显著发展的同时，适合进行大规模生产的商业技术也 有了很大进步 2-7。

4、这些成果使得多种感应器的商业化生产达到了极限。主要的金属氧化物半导体感应器制造商是英国的 City Technology 公司和日本的 Figaro Inc 公司。      它们的主要缺点是半导体传感器的选择性差，但它们的所具有的优点，即灵敏度高， 灵捷 性，体积小和大规模生产成本低，仍然使它们在气体分析的应用中具有很强的竞争力。至于半导体传感器的选择性，很多研究都在努力提高半导体气体的选择性， 这个问题 在许多应用中得到解决 4, 8。  半导体传感器提供了太多的保证，特别是在污染监测点，通过长期 的检测，反映在大气中的微量杂质（在认为排放量的情况下

5、），以控制工业区和住宅区的空气质量。最近，移动空气质量监测站的申请 数量 在不断增加，这需要廉价的便携式气体分析仪设备。在这里，分析设计测量空气中微量 O3， NOx， Cl2， ClO2，和 HCl 的半导体传感器 是非常必要的 。 其在大气中含量的增加， 由于 汽车尾气排放（ NOx）和热电联产电站的（ NOx， HCl），化学工业，微电子，有色冶金（ C12， l），漂白设施，废水和污水处理厂（ O3， Cl2， ClO2），以及在烟雾（ O3， NOx， NOx）每日循环光催化反应。     Fig.1 传感器的设计结构：（ a）测量电极和感应层（顶视图）和（ b）

6、加热器（底视图）。  半导器传感器的基本操作规则  半导体化学传感器的操作是通过 分析受 检测 半导体的样品层的电生理气体介质组成的变化引起的特点 。 在这里，我们将讨论半导体金属氧化物电阻传感器。 半导体传感器的电阻的特征，这取决于气体的杂质浓度，是由金属氧化物半导体多晶薄膜为代表的感测层的导电性 决定的 。 电阻性传感器的输出信号分析传感层电阻或者模拟电压信号 。 该传感器的传感层电阻的 增加或减少，取决于杂质的类型（电子供体或受体）和半导体导电类型（ N 或 P）。当 接受物种（ 2）是吸附在 n 型半导体的表面（氧化锌），该传感层 电阻 增加（受体信号），当 发散物

7、（氢气）的吸附， 电阻 减少（供体信号） ； p 型半导体（ 氧化 镍）表现出反向的依赖。  半导体传感器是一个小绝缘基板（ 3  3 平方毫米）容纳测量电极和加 热器。后者是必要的，因为在气体对半导体表面化学吸附所涉及的过程中对温度是有 要求的。 测量电极 覆盖在 感测层 上 。 传感器存在着不同的设计方案 ：传感层和加热器可以 位于两侧的基板 相同或不同 的地方 ，（见，例，图 1。 ） 9。  白金或金为加热器和测量电极的首选材料 ；对于非侵略性的气体，也可以 用其他金属，例如镍铬 合金 7。  该传感器的特点是由化学成分和感测层材料的晶体结构，以

8、及由所有的传感器组件的属性，包括基体材料，材料的加热器的几何形状和测量电极， 以及 传感器的设计特点 所决定的 。  气体中的杂质导致半导体传感器的电阻感应层产生相互关联的设置 。这些措施包括电子化处理，表面和体吸附物种的扩散，并收取样本之间的多晶颗粒载体转移。因此，半导体气体传感器响应的 阐述 是通过理论相互关联的分子过程及半导体表面的电子进程。大多数情况下，化学吸附的电子理论是用于此 目的 10-12。模型描述了在空气中处理传感器信号 考虑到传感器表面上的吸附氧的存在 2， 12。 用渗透理论和表面陷阱和传导障碍模型计算微晶颗粒间的电荷转移。传感层中的扩散用多相催化方法 阐述 。

9、吸附相的扩散和微晶间的电荷转移用特定晶体结构和传感层形态学来 阐述 。  尽管进行了广泛的研究工作，传感器的设计所要求的特点似乎不可能在目前得到完全实现。 到目前为止，该传感器的特性和制备条件互连唯一特殊方面都得到了 阐明 12， 15， 16。传感器的设计意味着 在特定条件特定参数下对传感器层的参数和准备的仿真 。    图 2.空气中可变臭氧浓度产生的半导体传感器信号。传感器：（一）三 氧化钨， 250  （工作温度） 15；（二）三氧化钨， 530 9，（三）铟：氧化铁（ 3）， 240 18。   半导体金属氧化物传感器对大气中 O3，

10、 NOx， Cl2， ClO2，和 HCl微量元素的检测  在致力于半导体传感器的出版物（尤其是最近期的）中，大部分是关于臭氧传感器 的 （见，例如， 2-4， 12， 15-20） ；一些 二氧化氮 的 ， 20 22；少部分是 一氧化氮 21- 22，氯 8，23-26；，只有 很少的的出版物是关于 二氧化氯 8， 24， 25， 27和氯化氢 28， 29。 应该指出氮氧化合物 传感器的研究都是在相当高的 NOx 浓度中进行的 （约 一 百万分之一） ,目的是为了分析汽车尾气。  当然，对臭氧传感器的研究 原因 主要是源自于其的高需求。 与此同时，重要的是与臭氧接触后 半导体传感器产生较大和完全可逆的信号 ，可以可靠地计量精度高的信号。 同时，简单化 商业 生产优质的臭氧传感器可以 使一些实验被很容易的进行 。  用于检测臭氧， 氮氧化物，氯气，次氯酸和盐酸这些微量物质的半导体传感器的材料由