太阳诱电展出检测灵敏度为1ppb的气体探测器
关键词：气体变送器 电阻值 检测灵敏度 吸附气体 介电 导读：太阳诱电开发出检测灵敏度为1ppb的气体传感器，并在2007年10月2日开幕的“CEATEC JAPAN 2007”上展示。此次开发出的传感器利用介电膜吸附气体后，介电膜的电阻值出现变化，以此来检测气体。
太阳诱电展出氧气检测仪 灵敏度为1ppb的气体传感器
太阳诱电开发出测氧仪 为1ppb的气体传感器，并在2007年10月2日开幕的“CEATEC JAPAN 2007”上展示。气体传感器在硅晶圆上形成介电膜，因其吸附气体的特点太阳诱电将其称为“纳米级气体传感器”。介电膜本身尺寸极小，为80μm×500μm，便于实现传感器整体的小型化。
关于用途，太阳诱电首先考虑用于半导体生产设备内卤素检漏仪留测定等生产线用途。目前，进行ppb级的检测仅限于工厂设备安装时使用分析设备来检测残留气体的浓度。该公司认为，今后随着半导体工艺的微细化，必须提高在线气体检测精度，1ppb～数ppb的高检测灵敏度sf6气体检漏仪的需求将增大。
此次开发出的传感器利用介SF6检漏仪气体后，介电膜的电阻值出现变化，以此来检测气体。具体的便携式露点仪 方法如下。在介电膜吸附欲检测的气体后，检测介电膜的电阻值。然后，加热介电膜使强介电体变化为正常介电体，放出气体。之后再次使介电体吸附气体，并测量电阻值恢复到之前的检测值所需时间。由于气体再次被介可燃气体检测仪吸附的时间与气体浓度成反比，所以可以测定气体浓度。通过检测气体放出时的电阻值的时间变化，能够实现高检测精度。过去的半导体可燃气体检测报警仪也是利用气体吸附来检测电阻值的变化，不过控制气体的放出较难，检测电阻值的时间变化也很难。
此次展示的可燃气体检测器的开发为日本经济产业省的2007年地区新建产业制造技术开发费用补助项目。目标是09年供应样品。如果实现量产的话，估计包括检测电路在内的单价将控制在数万日元以内。 熊友辉：靠“测气”创富的知本家
- “我已经跟德国公司谈好合作了，”上月末，记者又一次见到熊友辉时，他正在接一个香港公司的电话。他告诉记者，“我能直接跟德国公司对话，用最低的价格拿到原材料，何必还让香港公司转一道手？”
熊友辉卖的是各类酒精测试仪产品，运用的是自行研发、国内领先的红外气体检测技术。这位高校教师把创新能力和商业眼光相结合，成为擅长把知识变成财富的知本家。
“拿我们这个仪器往沼气池里一插，它马上就能显示出沼气中酒精检测 的浓度，农民就能对症下药了”，熊友辉指着新产品便携式红外沼气分析仪向记者介绍。
这个看起来像酒精检测仪的产品，今年8月通过了国家科学技术委员会的科技成果鉴定。分析沼气的机器有市场吗？“这可蕴藏着巨大的市场呢”，熊友辉开始算账。
新农村建设中，很重要的一项内容就是给农民修建沼气池。到2010年底，全国户用沼气总数达到4000万户左右。而沼气检测仪器是各级政府重点支持购置的设备，“保守估计，3年内将会有2亿元的市场”。“要测不同的气体，只需换分析仪中的滤光片就行了”，熊友辉介绍，根据这一达到国际先进水平的核心技术，该公司产品涉及沼气分析、机动车酒精浓度测试仪、测酒仪 探等诸多领域。 杂志广告中寻找商机
2000年，29岁的熊友辉从华中理工大学（现为华中科技大学）煤燃多功能气体检测仪实验室博士毕业，并留校成为该校能源动力学院教师。 虽是一介书生，但熊友辉的生意头脑一样活络。早在1996年，还在攻读硕士的熊友辉接到一个项目：编一套程序，报酬8000元。事实上，这个时候的熊友辉根本就不会编程，但他还是接了下来，马上以4000元的价格转包给另一个同学。 1999年，熊友辉博士快毕业，到北京找工作的他，无意中看到一本《煤质技术》的杂志，“别人看论文，我专门看广告，找找有没有什么商机”。 商机真的来了！回到学校后，熊友辉给在上述杂志做广告的一家长沙企业写了封信，向其推荐自己的技术。没几天，该企业回信表示对其技术很感兴趣，并以46万元的价格请其研发一个红外测硫仪。
此时的熊友辉没有想到，这个t40，不仅让刚毕业的他挣到第一桶金，还成就了他日后创建的四方光电。
- 熊友辉：靠“测气”创富的知本家
- 走出去才有更大机会
红外测硫仪中，红外二氧化硫检测仪 是重要元件。当初熊友辉给上述长沙企业做红外测硫仪时，从北京一家企业花5万元购进一台红外气体传感器。
熊友辉希望能与其形成长期合作，还价至3万元/台，但北京企业拒不让价。“如果自己做这个东西，肯定能省不少成本”，熊友辉查阅许多资料后发现，当时国内硫化氢气体检测仪企业还没有掌握核心技术，但红外气体传感器能在许多行业广泛运用。 2003年5月，熊友辉从电子、机械、软件专业各挑出一名研究生，自己出资15万元，在光谷创办四方光电，“四个人，所以叫四方”。
4个月后，自主研发的煤气报警器问世，售价1.5万元/个。当年销售收入将近200万元，公司实现盈利。“很多国内经销商找到我，要给我们供货，但我自己就能直接跟德国的生产商沟通，拿到最低的价格”，熊友辉介绍，他时常查阅外文资料，以掌握最新的行业动态，“国内很多企业‘害怕’走出去，其实失去了很多机会”。 据了解，该公司产品已出口到德国、俄罗斯、韩国、印度等国，去年销售收入超过1600万元。“今年肯定可以突破3000万”，熊友辉信心十足地说。
- 走出去才有更大机会
- 核心技术是盈利的基石 记者：创业第一年，就能实现盈利，核心竞争力是什么？ 熊友辉：技术创新。一个企业只有掌握了核心技术，才不会受制于人，才有与别人谈判的资本，才能实现长远的发展。在研究队伍中，有4名硕士、2名博士，此外具有大量的高校研究资源。 记者：公司销售额，以每年翻番的速度提高，其秘诀又是什么？ 熊友辉：主动沟通、保持平衡。主动沟通就是多方位了解信息，经常查阅国外同行的资料，能掌握国际最新技术动态，还可以主动参加国外顶尖的行业展会，直接与“源头”讨价还价，这样就能绕过国内代理商，能节省成本。保持平衡，就是要与上游、下游企业和国内国外的企业，保持一种“若即若离”的平衡关系，A企业对我摆谱，我可以找B企业。 记者：怎样评价自己，或者说希望自己成为一个什么样的人？ 熊友辉：像农民一样生活，艰苦朴素；像工人一样工作，有组织有纪律；像知识分子一样思考。（记者蔡琳璐）
一氧化碳报警器 的研究及发展方向
煤气泄露报警器 是气体检测系统的核心，通常安装在探测头内。从本质上讲，气体传感器是一种将某种气体体积分数转化成对应电信号的转换器。探测头通过气体传感器对气体样品进行调理，通常包括滤除杂质和干扰气体、干燥或制冷处理、样品抽吸，甚至对样品进行化学处理，以便化学煤气泄漏报警器进行更快速的测量。
气体的采样方法直接影响co检测探头 的响应时间。目前，气体的采样方式主要是通过简单扩散法，或是将气体吸入检测器。
简单扩散是利用气体自然向四处传播的特性。目标气体穿过探头内的煤气检测仪，产生一个正比于气体体积分数的信号。由于扩散过程渐趋减慢，所以扩散法需要探头的位置非常接近于测量点。扩散法的一个优点是将气体样本直接引入传感器而无需物理和化学变换。样品吸入式探头通常用于采样位置接近co检测仪或排气管道。这种技术可以为传感器提供一种速度可控的稳定气流，所以在气流大小和流速经常变化的情况下，这种方法较值得推荐。将测量点的气体样本引到测量探头可能经过一段距离，距离的长短主要是根据传感器的设计，但采样线较长会加大测量滞后时间，该时间是采样线长度和气体从泄漏点到一氧化碳报警仪之间流动速度的函数。对于某种目标气体和汽化物，如SiH4以及大多数生物溶剂，气体和汽化物样品量可能会因为其吸附作用甚至凝结在采样管壁上而减少。
气体传感器是化学co报警器的一大门类。从工作原理、特性分析到测量技术，从所用材料到制造工艺，从检测对象到应用领域，都可以构成独立的分类标准，衍生出一个个纷繁庞杂的分类体系，尤其在分类标准的问题上目前还没有统一，要对其进行严格的系统分类难度颇大。 1 主要特性 1.1 稳定性
稳定性是指二氧化碳检测仪 在整个工作时间内基本响应的稳定性，取决于零点漂移和区间漂移。零点漂移是指在没有目标气体时，整个工作时间内传感器输出响应的变化。区间漂移是指传感器连续置于目标气体中的输出响应变化，表现为传感器输出信号在工作时间内的降低。理想情况下，一个二氧化碳测定仪在连续工作条件下，每年零点漂移小于10%。 1.2 灵敏度
灵敏度是指传感器输出变化量与被测输入变化量之比，主要依赖于传感器结构所使用的技术。大多数气体传感器的设计原理都采用生物化学、电化学、物理和光学。首先要考虑的是选择一种敏感技术，它对目标气体的阀限制(TLV-thresh-old limit value)或最低爆炸限(LEL-lower explosive limit)的百分比的检测要有足够的气体检测仪。 1.3选择性
选择性也被称为交叉灵敏度。可以通过测量由某一种浓度的干扰气体所产生的便携式气体检测仪响应来确定。这个响应等价于一定浓度的目标气体所产生的传感器响应。这种特性在追踪多种气体的应用中是非常重要的，因为交叉灵敏度会降低测量的重复性和可靠性，理想有害气体检测仪应具有高灵敏度和高选择性。
1.4抗腐蚀性毒性气体检测仪
抗腐蚀性是指有害气体分析仪暴露于高体积分数目标气体中的能力。在气体大量泄漏时，探头应能够承受期望气体体积分数10~20倍。在返回正常工作条件下，传感器漂移和零点校正值应尽可能小。
有毒有害气体检测仪的基本特征，即灵敏度、选择性以及稳定性等，主要通过材料的选择来确定。选择适当的材料和开发新材料，使气体传感器的敏感特性达到最优。 2 主要原理及分类
通常以气敏特性来分类，主要可分为：半导体型可燃气体报警控制器、电化学型气体传感器、固体电解质可燃气体报警装置、接触燃烧式气体传感器、光化学型气体传感器、高分子气体传感器等。
2.1 半导体氯气报警器
半导体气体检测报警仪是采用金属氧化物或金属半导体氧化物材料做成的元件，与气体相互作用时产生表面吸附或反应，引起以载流子运动为特征的电导率或伏安特性或表面电位变化。这些都是由材料的半导体性质决定的。
自从1962年半导体金属氧化物陶瓷气体传感器问世以来，半导体氢气纯度分析仪已经成为当前应用最普遍、最具有实用价值的一类气体传感器，根据其气敏机制可以分为电阻式和非电阻式两种。
电阻式半导体氯气检测报警仪主要是指半导体金属氧化物陶瓷气体传感器，是一种用金属氧化物薄膜(例如：Sn02，ZnO Fe203，Ti02等)制成的阻抗器件，其电阻随着气体含量不同而变化。气味分子在薄膜表面进行还原反应以引起传气体报警器传导率的变化。为了消除气味分子还必须发生一次氧化反应。氨气检测仪内的加热器有助于氧化反应进程。它具有成本低廉、制造简单、灵敏度高、响应速度快、寿命长、对湿度敏感低和电路简单等优点。不足之处是必须工作于高温下、对气味或氨气报警器的选择性差、元件参数分散、稳定性不够理想、功率要求高.当探测气体中混有硫化物时，容易中毒。现在除了传统的SnO，有毒气体检测仪和Fe203三大类外，又研究开发了一批新型材料，包括单一金属氧化物材料、复合金属氧化物材料以及混合金属氧化物材料。这些新型材料的研究和开发，大大提高了二氧化碳分析仪的特性和应用范围。另外，通过在一氧化碳监测仪 内添加Pt，Pd，Ir等贵金属能有效地提高元件的灵敏度和响应时间。它能降低被测气体的化学吸附的活化能，因而可以提高其灵敏度和一氧化碳检测仪速度。催化剂不同，导致有利于不同的吸附试样，从而具有选择性。例如各种贵金属对Sn02基半导体气敏材料掺杂，Pt，Pd，Au提高对CH4的灵敏度，Ir降低对CH4的灵敏度；Pt，Au提高对H2的灵敏度，而Pd降低对H2的灵敏度。利用薄膜技术、超粒子薄膜技术制造的金属氧化物硫化氢检测仪 具有灵敏度高(可达10-9级)、一致性好、小型化、易集成等特点。
非电阻式半导体复合气体检测仪是MOS二极管式和结型二极管式以及场效应管式(MOSFET)半导体气体传感器。其电流或电压随着气体含量而变化，主要检测氢和硅烧气等mx2100。其中，MOSFET气体传感器工作原理是挥发性有机化合物(VOC)与催化金属(如钮)接触发生反应，反应产物扩散到MOSFET的栅极，改变了器件的性能。通过分析器件性能的变化而识别VOC。通过改变ca2000的种类和膜厚可优化灵敏度和选择性，并可改变工作温度。MOSFET气体传感器灵敏度高，但制作工艺比较复杂，成本高。
2.2 电化学型测爆仪
电化学型可燃气体报警器可分为原电池式、可控电位电解式、电量式和离子电极式四种类型。原电池式可燃气体报警仪通过检测电流来检测气体的体积分数，市售的检测缺氧的仪器几乎都配有这种传感器，近年来，又开发了检测酸性气体和毒性气体的原电池式传感器。可控电位电解式传感器是通过测量电解时流过的电流来检测气体的体积分数，和原电池式不同的是，需要由外界施加特定电压，除了能检测CO，NO，N02，02，S02等气体外，还能检测血液中的氧体积分数。电量式气体传感器是通过被测气体与电解质反应产生的电流来检测气体的体积分数。离子电极式气体传感器出现得较早，通过测量离子极化电流来检测气体的体积分数已电化学式气体传感器主要的优点是检测气体的灵敏度高、选择性好。
2.3固体电解质可燃气体探测器 固体电解质气体传感器是一种以离子导体为电解质的化学电池。20世纪70年代开始，固体电解质气体传感器由于电导率高、灵敏度和选择性好，获得了迅速的发展，现在几乎应用于环保、节能、矿业、汽车工业等各个领域，其产量大、应用广，仅次于金属氧化物半导体气体传感器。近来国外有些学者把固体电解质气体传感器分为下列三类： 1)材料中吸附待测气体派生的离子与电解质中的移动离子相同的传感器，例如氧气传感器等。 2)材料中吸附待测气体派生的离子与电解质中的移动离子不相同的传感器，例如用于测量氧气的由固体电解质SrF2H和Pt电极组成的气体传感器。
3)材料中吸附待测气体派生的离子与电解质中的移动离子以及材料中的固定离子都不相同的传感器，例如新开发高质量的C02固体电解质气体传感器是由固体电解质NASICON(Na3Zr2Si2P012)和辅助电极材料Na2CO3-BaC03或Li2C03-CaC03，Li2C03- BaC03组成的。
目前新近开发的高质量固体电解质可燃气体检测报警器 绝大多数属于第三类。又如：用于测量N02的由固体电解质NaSiCON和辅助电极N02- Li2C03制成的传感器；用于测量H2S的由固体电解质YST-Au-W03制成的传感器；用于测量NH3的由固体电解质NH4-Ca203制成的传感器；用于测量N02的由固体电解质Ag0.4Na7.6和电极Ag-Au制成的传感器等。
- “我已经跟德国公司谈好合作了，”上月末，记者又一次见到熊友辉时，他正在接一个香港公司的电话。他告诉记者，“我能直接跟德国公司对话，用最低的价格拿到原材料，何必还让香港公司转一道手？”