研究背景
半导体型气体传感器（MOS）以其成本低、耗能少、制作和使用方便、响应灵敏等优点长期以来一直受到广泛关注。这类传感器是根据接触气体前后的导电性发生变化而工作的。目前，MOS气体传感器在一些特殊场合下的应用尚未成熟，特别是在复杂作业环境下，由于气体组成复杂多样以及传感器本身的性能制约，使其应用受到了限制。为解决这些难题，高性能半导体气敏传感器的设计与研发仍是今后的研究重点。特别是近年来随着物联网的兴起，市场对传感器的需求量猛增，其中气体传感器是非常重要的一类，不仅在环境污染气体检测、民用燃气报警、车辆废气检测等传统的领域需求较大，在新兴的智能家居、消费电子、医疗检测等领域，对气体传感器的需求量也在激增。
典型研究
气体传感器的研究分为器件研究和材料两大类，其中器件研究集中于多传感器集成（电子鼻）和基于半导体工艺的微型传感器方面。半导体气体传感器通常选择性不佳，通过多传感器集成的方式可以提高传感器在复杂环境中的实用性。微型气体传感器多以硅衬底，通过半导体工艺制造加热层、绝缘层、信号层，再沉积敏感层形成微型传感器。
材料气敏研究是各种纳米材料、量子材料的研究热点之一。传统的气敏材料以粒子材料为主，存在易团聚、气体吸附效率低等弊端，各种新型结构和形貌的气敏材料在性能上表现出传统粒子材料所无法比拟的优势，最典型的包括：
1. 超微材料，当材料的粒子直径在2倍表面态厚度以内，材料灵敏度会指数形式提高，这方面研究以各种纳米颗粒、量子点材料为主。
2. 一维材料在响应恢复方面具有优势，信号的有向传导可以降低损失率，提高传输速率。
3. 孔材料比表面积大，吸附性能强，并可以通过孔道的尺寸、极性调节提高材料选择性。
4. 掺杂研究是材料研究的基础，通过各种贵重金属、稀有金属的掺杂符合，可以有效改善材料的灵敏度、响应恢复、选择性、抗湿特性等。
设备推荐
1.气体传感器的研究需要电学测量系统、气氛控制系统等，电学系统根据材料和器件类型有多种型号可选，气氛控制涉及静态、动态配气、包含液体蒸发配气、湿度控制等。
a. 基于柔性器件或材料气敏特性分析的测试系统
AES-4SD柔性电子器件综合测试平台：适用于柔性材料（石墨烯、导电高分子、水凝胶、液态金属等）、柔性器件（传感器、探测器、电池、电容器、电子皮肤、OLED等）在拉伸、挤压、弯曲和不同环境刺激（气体、湿度、光照等）状态下的应力应变及电学综合特性的分析。平台提供精准的拉伸、挤压控制，并进行同步的电学性能分析和力学监测；配置静态配气模块，支持液体蒸发配气或气体稀释配气；配置LED光源模块，可用于光敏、光电、光敏气敏等特性研究；配置CCD或相机拍照及录像，实时记录材料、器件的形状变化；可外接湿度可控的气液配气系统，精确调控密封腔体的气氛及湿度，用于气敏、湿敏等相关特性研究。
b. 基于平面型器件或材料气敏特性分析的测试系统
CGS-MT光电气综合测试平台：平台适用于毫米级别材料或器件的气敏特性分析。平台通过一体化的电学、探针、微腔体、静态配气设计，可提供精准的电学检测、灵活的探针连接、精准的温度调节、便捷的气氛控制；集成双源表测试系统，支持两线或四线测试，支持双通道测试，支持I-V、V-I、I-t、R-t、V-t，Id-Vg、Id-Vd等分析；平台包含的原位高温台可与拉曼光谱仪或显微镜联用，在电学测试的同时进行光谱或显微的原位分析；平台的微小腔体结构特别适合连接湿度可控的气液配气系统，在实现腔室内的气氛浓度及湿度的快速更替与平衡的同时，用于气敏、湿敏等性能的在线检测；平台支持搭配LED光源或者外接光路，进行光敏、光电、光敏气敏等相关研究；平台支持连接真空泵，用于真空或不同气压下的性能测试。此外，平台预留的开放型的接口，可搭配电化学工作站或阻抗分析仪，进行多信号测量。因此，该设备可作为综合性的测试平台用于需要控温、控环境和同步进行电学测试的各类毫米级别材料或器件（传感器、探测器、晶体管等）的原位测试及综合特性分析。
c. 针对微纳传感器进行特性分析的测试系统
AES-4TH环境可控探针测试平台：平台通过一体化电学检测、微探针连接、环境控制、显微镜观测的设计和整体屏蔽、防震及抗干扰处理，可提供低至pA级别的精准电学检测、微米级别的精密探针调节、宽范围高稳定性的环境湿度和热台温度控制。平台搭配真空泵可支持真空条件下的器件特性研究，搭配外置光源或者内置光纤可支持器件的光电、光导、光敏气敏等特性研究，搭配湿度可控的气液配气系统可支持器件的气敏、湿敏、抗湿等特性的研究。此外，平台采用多探针连接和底栅设计，可用于FET器件综合特性分析；平台预留的开放型的接口，可搭配电化学工作站或阻抗分析仪，进行多信号测量。因此，AES-4TH特别适用于微米级别材料或器件（传感器、探测器、晶体管等）的应用环境模拟测试及综合特性分析。
d. 针对电阻型气体传感器器件研究的测试系统
CGS-8智能气敏分析系统：针对旁热式陶瓷管结构传感器的专用分析设备，提供加热电流测量器件R-t变化。具有各通道完全独立、电阻(Rg)测量范围宽、加热电流调节范围宽、多种灵敏度类型可选、触摸屏控制、温湿度实时监控等特点，系统通过USB接口与电脑进行通讯，对数据实时地进行采集，并可以直接对传感器灵敏度等特性进行分析。
e. 环境控制设备
DGL-III湿度控制气液配气系统：适用于直接使用各类气体气源（如NOx、H2S、CO等）或液体气源（如醇类、苯类、有机胺类、醚类、酮类等各种易挥发性液体）的动态配气。系统配置的控湿模块，既可单独进行湿度控制，也可用于配置不同湿度的各种气体。系统由微型液体蒸发器、数字式质量流量计、混气腔、防腐气路及软件等部分构成；采用全自动控制，智能化软件管理，支持浓度和流量两种工作模式，支持程序设定循环配气的浓度、湿度、流量和时间等。智能化配气软件支持气体、液体种类设置，配气流量自动分配，管道保温温度设定，液体蒸发温度设定，MFC零点校准，流量计实时监控等。
2.配件耗材
a. 旁热式气体传感器配件：用于制作基于各种敏感材料的气体传感器，包括Au环陶瓷管、Ni-Cr加热丝、防爆外罩、插座等。
b. 平面式传感器衬底：Ag-Pd、Au电极陶瓷衬底传感器衬底，用于高温下材料性能分析。
典型结果
灵敏度——温度曲线：说明材料在不同温度下，对应的灵敏度高低，通常最高灵敏度说对应的温度被选择为最佳工作温度。
灵敏度——浓度曲线：说明材料灵敏度在什么浓度区间是线性的，什么浓度区间达到饱和。通常线性度范围越大越好。
响应——恢复曲线：说明材料对气体，从化学反应到电学信号的变化速度，响应恢复越快越好。
选择性：说明材料对不同气体的差异性反应。
稳定性：长时间考察材料的零点漂移、灵敏度衰减等情况。
抗湿特性：测量材料在不同湿度下对气敏特性的影响，反应器件的工作适用范围。
XPS测试：说明材料表面吸附状态。
SEM和TEM：说明材料形貌结构。
N2吸附脱附测试：说明材料的气体吸附能力。
参考文献
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