半导体敏感元件作为传感器领域的重要分支，正在经历着微型化和集成化的革命。本文以此为背景，制备了性能优异的纳米SnO2气敏薄膜和细晶片式BaTiO3基PTC陶瓷，研究了多晶半导体敏感材料晶粒尺寸下降到微米-纳米级别时引发的尺寸效应和材料敏感机理的改变，并致力于将敏感机理的定量表达。　　本文首先采用溶胶凝胶法在氧化铝和单晶硅上制备了纳米SnO2薄膜，其晶粒尺寸为15-25nm。通过对Cu掺杂量、工作温度、烧结温度等工艺参数的研究，发现薄膜可以在室温下工作，对H2S的响应可高达3648。提高工作温度可以改善薄膜的恢复特性，在120℃时可以显示出良好的恢复性，响应恢复时间为2秒和532秒。薄膜在150℃下的灵敏度为0.6。气溶胶辅助气相沉积法制备的薄膜在室温下即可具有完全的恢复特性，响应恢复时间为60秒和90秒，并且具有很好的选择性。该方法制备的薄膜可以检测低浓度H2S气体，并且对H2S气体非常敏感，灵敏度高达0.9。　　另一方面，本文使用流延工艺和还原-再氧化的烧结工艺制备了片式BaTiO3基PTC陶瓷。实验以制备细晶和低室温电阻率的陶瓷为目标，研究了制备工艺、材料组分和再氧化效应多陶瓷性能的影响。陶瓷平均晶粒尺寸为1.15μm，具有727Ω·cm的室温电阻率和3.3个数量级的PTC效应。SiO2添加量为0.5％的陶瓷显示出较好的综合性能。研究发现SiO2助烧剂对陶瓷性能的影响十分复杂，室温电导率、晶粒体载流子密度和晶界受主密度具有类似的变化规律，各种样品的收缩率大体相同，PTC效应则随着SiO2的添加量而下降。再氧化效应的研究显示，室温电阻率与再氧化温度呈先增大后减小的趋势，而PTC效应则随着再氧化温度单调上升。阻抗分析表明再氧化的主要作用在于提高晶界电阻，而晶粒体电阻受再氧化的影响很小。估算受主密度在2×1012-6×1012cm-2之间，与其它结果相比较低。　　基于实验事实，本文尝试在受主功能模型、转换功能模型和效用因子三个方面对材料敏感机理进行定量和半定量的分析。在受主功能模型方面，本文研究了降温速率和退火对薄膜气敏特性的影响，应用肖特基势垒模型分析其原因，建立了氧空位扩散方程，并通过方程的解定量的描述了氧空位在降温过程中在晶粒中稳态和瞬态的密度分布，据此提出SnO2晶粒中的氧空位梯度分布模型，并用实验数据验证了模型的有效性。　　在晶粒互联的转换功能模型方面，探讨了晶界电导隧穿效应对材料电性能的影响。根据SnO2薄膜的阻温特性，求解一维势垒的薛定谔方程求得SnO2晶粒间电子隧穿的概率，这种效应在缝隙小于0.1nm时是比较明显的，且概率大于1％。之后基于BaTiO3陶瓷室温电阻率随再氧化温度的变化趋势，讨论了铁电体的尺寸效应和氧空位对铁电性能的影响，提出了再氧化过程中铁电补偿的重建机制，并得出结论，对于流延工艺制备的BaTiO3陶瓷来说，750-800℃之间的某一温度为再氧化过程中氧进入晶格的临界温度。　　在效用因子方面，本文对气体扩散理论进行了实验验证，并根据SnO2薄膜响应与气体浓度的非线性关系和薄膜电阻的幂定律，对气体扩散模型的线性假设表达式进行了修正，通过泰勒展开完成了积分和修正。最后通过实验对修正式进行验证，并将模型的适用范围拓展到高浓度气体和氧化性气体的检测。