通过程序降温提高金属氧化物传感器气体敏感度的方法
【技术领域】
[0001 ]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】
[0002] 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】
[0003] 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。
[0004] 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 Cas_T，作为响应信号；将基底信号与 响应信号相除，得到Rair/R Gas-T的曲线，取该曲线上的最大值max(Rair/RGas)，作为对该气体 的敏感度；
[0005] 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。
[0006] 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°C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。
[0007] 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°C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 ：l°C/s-50°C/s)到特定低温(室 温-200°C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。
[0008] 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。
[0009] 金属氧化物气体传感器的工作温度选定在200-400°C范围，可以使金属氧化物快 速达到稳定状态，同时保证其表面具有很多高活性吸附粒子。
[0010] 对金属氧化物气体传感器的降温过程采用程序控温技术，可以实现降温过程的可 程式调控，保证气体检测流程的重复性、稳定性、可靠性。
[0011] 金属氧化物气体传感器的程序降温速度设定在l°C/s-50°C/s范围内，使高温时表 面吸附的高活性粒子能保留到低温下的材料表面，保证其拥有较高的敏感活性。
[0012] 金属氧化物气体传感器程序降温后的温度范围选定在室温-200°c，可以保证表面 的高活性吸附粒子能长时间稳定存在。
[0013] 金属氧化物气体传感器以预设定的参数进行程序降温检测，获取的信号为电阻随 温度的变化曲线，即R-T。将气体敏感度定义为max(R air/RCas)。
[0014] 总之，与现有技术相比，本发明的有益效果是，洁净背景气氛中，金属氧化物气体 传感器在特定工作温度(200_400°C范围）可以快速达到稳定状态，材料表面富有高活性吸 附粒子;通过程序控温技术，使其快速降温(速度范围 ：l°C/s-50°C/s)至特定低温(室温_ 200°C)，能使高活性吸附粒子长时间保留在金属氧化物的表面，提高材料的敏感活性，相比 恒定工作温度下，大幅度提高了对更低浓度级(ppb级)别气体的敏感度，实现了金属氧化物 气体传感器在高精度检测领域的应用。
【附图说明】
[0015] 图1是程序降温技术调控传感器温度随时间的变化曲线。
[0016] 图2是Pt-Sn〇2传感器的电阻信号及气体敏感度的获取，（a)为传感器在空气和丙 酮中的R-T曲线；（b)为Rair/R Cas-T的曲线。
[0017]图3.1、3.2是Pt-Sn02传感器检测丙酮，分别采用恒定温度方法与本发明方法的结 果对比图。
【具体实施方式】
[0018] 在洁净背景气氛下（一般为空气），将金属氧化物气体传感器在特定工作温度 (200-400°C范围）稳定，然后设定降温速度为l°C/s-50°C/s范围内的某一特定值，程序降温 到特定低温(室温_200°C范围），获得传感器的电阻随温度的变化曲线!^^-!'，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 RGas_T，作为响应信号;将基底信号与响应信号相除，得到Rair/RGas-T的曲线，取该曲线上的 最大值max (Rair/RCas)，作为对该气体的敏感度。
[0019] 下面结合附图对本发明的【具体实施方式】作进一步说明。在此需要说明的是，对于 这些实施方式的说明用于