【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】中國(guó)科學(xué)院安徽光機(jī)所孟鋼研究員團(tuán)隊(duì)同山西大學(xué)盧華東教授、安徽大學(xué)郭慶川教授團(tuán)隊(duì)開(kāi)展合作，以常規(guī)氧化銦錫(ITO)玻璃為基體，采用飛秒激光刻蝕與等離子體刻蝕工藝，設(shè)計(jì)了基于圖形化ITO膜的臭氧(O3)傳感器。該傳感器憑借獨(dú)特的自加熱設(shè)計(jì)和等離子體表面改性技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)ppb級(jí)(十億分之一)O3的精準(zhǔn)、快速、穩(wěn)定監(jiān)測(cè)。相關(guān)成果以《自上而下工藝構(gòu)筑的氧化銦錫傳感器及環(huán)境痕量臭氧精準(zhǔn)檢測(cè)》“Self-Heating　of　Top-Down　Manufactured　ITO　Sensors　for　Accurately　Monitoring　ppb-Level　O3”為題，發(fā)表在《納米快報(bào)》Nano　Letters上。
 

　　近地面臭氧污染仍是當(dāng)前大氣監(jiān)測(cè)的重點(diǎn)，開(kāi)發(fā)微型環(huán)境級(jí)(ppb)O3傳感器備受關(guān)注。針對(duì)傳統(tǒng)金屬氧化物半導(dǎo)體(MOS)臭氧傳感器面臨的外部加熱易分解臭氧、濕度干擾大、晶圓級(jí)量產(chǎn)一致性差等問(wèn)題，團(tuán)隊(duì)提出了全新的自上而下的自加熱ITO傳感器制造策略。該工藝以商用ITO玻璃為基底，通過(guò)飛秒激光刻蝕形成蛇形電極結(jié)構(gòu)；采用氬氫(Ar/H2)等離子體刻蝕將平滑的ITO膜粗糙化，以提升O3的吸附及電荷交換；激光切片后最終制成尺寸僅為1.4×2.1×0.3mm3的微型臭氧傳感器。該傳感器無(wú)需外加熱，通過(guò)自加熱的方式將敏感區(qū)局域溫度升至180℃，有效避免了傳感器周邊O3分子的分解消耗。ITO傳感器對(duì)O3選擇性高、受環(huán)境濕度干擾弱，可準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)20–1000ppb O3，與國(guó)際“金標(biāo)準(zhǔn)”紫外吸收法分析儀相關(guān)性達(dá)93.6%。
 

　　該傳感器制備工藝簡(jiǎn)單、易實(shí)現(xiàn)晶圓級(jí)批量制備，傳感器性能一致性高(圖2)，滿(mǎn)足室內(nèi)外O3大氣污染網(wǎng)格化精細(xì)監(jiān)測(cè)需求。
 

　　博士生冀小華為論文第一作者，孟鋼研究員為通訊作者。本研究獲得了國(guó)家自然科學(xué)基金、安徽省科技攻堅(jiān)計(jì)劃、皖江新興產(chǎn)業(yè)技術(shù)發(fā)展中心、光量子技術(shù)與器件全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的資助。