[发明专利]通过程序降温提高金属氧化物传感器气体敏感度的方法

说明书

本发明公开了一种提高金属氧化物传感器气体敏感度的方法，该方法是在洁净背景气氛下，将金属氧化物气体传感器在特定工作温度(200‑400℃)稳定，然后设定降温速度为1‑50℃/s范围内的某一特定速度，程序降温到特定低温(室温‑200℃)，获得传感器的电阻随温度的变化曲线R_air‑T，作为基底信号；检测气体氛围下，以相同流程控制传感器温度，获得传感器的电阻随温度的变化曲线R_Gas‑T，作为响应信号；将基底信号与响应信号相除，得到R_air/R_Gas‑T的曲线，取该曲线上的最大值max(R_air/R_Gas)，作为对该气体的敏感度。本发明在不改变金属氧化物材料组分下，相比恒定工作温度测试的方法大幅度提高了气体传感器的敏感活性，增大气体敏感度，从而实现低浓度级别(ppb级)气体的高精度检测。

技术领域

本发明属于气体敏感技术，涉及金属氧化物气体传感器的敏感度，具体指一种提高金属氧化物传感器气体敏感度的方法。

背景技术

金属氧化物气体传感器，以其成本低、工艺成熟、敏感特性和稳定性良好以及与半导体工艺兼容等优点得到了广泛的应用。目前，商用的金属氧化物气体传感器，大都在恒定的温度下工作，对ppm级的有机气体和无机气体有较好的敏感度，但对更低浓度级别(ppb级)气体的敏感度较低，在很多高精度检测领域中无法使用，限制了其应用。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种提高金属氧化物传感器气体敏感度的方法；本发明可以大幅度提高金属氧化物气体传感器的敏感活性，增大气体敏感度，从而实现低浓度级别(ppb级)气体的高精度检测。

本发明提供一种提高金属氧化物传感器气体敏感度的方法，其特征在于：洁净背景气氛下，将金属氧化物气体传感器在某一工作温度下稳定，之后程序降温到某一低温，获得传感器的电阻随温度的变化曲线R_air-T，作为基底信号；检测气体氛围下，以相同流程控制传感器温度，获得传感器的电阻随温度的变化曲线R_Gas-T，作为响应信号；将基底信号与响应信号相除，得到R_air/R_Gas-T的曲线，取该曲线上的最大值max(R_air/R_Gas)，作为对该气体的敏感度；

在从工作温度程序降温到低温过程中，高温下金属氧化物材料表面的高活性吸附粒子，由于来不及脱附而保留在表面，提高了对气体的敏感度，从而实现对更低浓度级别气体的敏感。

金属氧化物气体传感器对有机/无机气体都有很好的敏感度，其材料表面的敏感活性与工作温度相关。一般情况下，商用气体传感器大都在恒定的温度工作，此时金属氧化物材料表面的敏感活性恒定。实际应用中，它对ppm级的气体有较高的敏感度。然而，即使在特定的工作温度(200-400℃范围)，材料表面敏感活性最高，但由于检测气体在高温吸附较困难，和气体传感器发生作用的量较少，导致其对更低浓度气体(ppb级)的敏感度较低。

我们发现：通过程序降温的方法可以提高金属氧化物表面的敏感活性，从而大幅度提高对低浓度气体(ppb级)的敏感度。将金属氧化物气体传感器在洁净背景气氛(空气)中加热到特定高温(200-400℃范围)，高温下材料表面活性较高，能使金属氧化物气体传感器快速稳定；然后采用程序控温技术快速降温(速度范围：1℃/s-50℃/s)到特定低温(室温-200℃范围)。在此降温过程中，高温下金属氧化物表面的高活性吸附粒子来不及脱附而保留在表面，且低温下表面拥有大量高活性吸附粒子的材料不会发生脱附，进而促使对气体的敏感度远远大于恒定温度工作下得到的敏感度，实现对更低浓度级别气体的敏感。

金属氧化物气体传感器在洁净背景气氛下(一般为空气)稳定，可以对金属氧化物的表面进行清洗，使得表面残余气体脱附，保证材料表面洁净。