气敏电阻的材料是金属氧化物,在合成材料时,通过化学计量比的偏离和杂质缺陷制成。金属氧化物半导体分N型半导体,如氧化锡、氧化铁、氧化锌、氧化钨等;P型半导体,如氧化钼、氧化铅、氧化镍等。为了提高某种气敏元件对某些气体成分的选择性和灵敏度,合成材料有时候掺入了催化剂,如钯 (Pd) , 铂 (Pt), 银 (Ag)等。
金属氧化物在常温下是绝缘的,制成半导体后却显示出气敏特性。通常,器件工作在空气中,空气中的氧和NO2这样电子兼容性大的气体,接受来自半导体材料的电子而吸附负电荷 ,结果使N型半导体材料的表面空间电荷层区域的传导电子减少,使表面电导减小,从而使器件处于高阻状态。一旦元件与被测还原性气体接触 ,就会与吸附的氧起反应,将被氧束缚的电子释放出来,敏感膜表面电导增加,使元件电阻减小。
该类气敏元件通常工作在高温状态(200~450℃) ,目的是为了加速上述的氧化还原反应。例如,用氧化锡制成的气敏元件,在常温下吸附某种气体后,其电导率变化不大。若保持这种气体浓度不变,该器件的电导率随器件本身温度的升高 而增加,尤其在100~300C℃范围内电导率变化很大。显然，半导体电导率的增加是由于多数载流子浓度增加的结果。
氧化锡、氧化锌材料气敏元件输出电压与温度的关系如图4-2（a）所示。由上述分析可以看出,气敏元件工作时需要本身的温度比环境温度高很多。因此,气敏元件结构上,有电阻丝加热器,其结构示意图见图4- 3。
气敏元件的基本测量电路 ,如图4 - 2(b)所示,图中EH为加热电源,Ec为测量电源,电阻中气敏电阻值的变化引起电路中电流的变化,输出电压(信号电压)由电阻 R0取出。该传感器在低浓度下灵敏度较高 ,而 高浓度下趋于稳定值,因此常用来检查可燃性气体泄漏并报警等。
