新型图形化氧化铟锡膜臭氧传感器研发成功
好奇博士
新型图形化氧化铟锡膜臭氧传感器研发成功
近日，中国科学院合肥物质科学研究院联合多家机构，以商用氧化铟锡玻璃为材料基底，结合飞秒激光刻蚀与等离子体刻蚀工艺，成功研制出一种基于图形化氧化铟锡膜结构的微型臭氧传感器。该传感器创新性地引入了自加热机制和等离子体表面处理技术，实现了对微量（ppb级别）臭氧的高精度、快速且稳定检测。
臭氧污染，尤其是近地面臭氧浓度的升高，已成为大气环境监测的重要课题。开发具备高灵敏度、小型化和抗干扰能力的臭氧检测器件，成为当前研究的热点。传统金属氧化物半导体传感器在实际应用中面临诸多挑战，例如依赖外部加热源易导致臭氧分解、受湿度影响显著以及晶圆级制造过程中性能一致性不足等。
为应对上述问题，研究人员提出了一种自上而下的图形化制造方法，采用商用氧化铟锡玻璃作为基材，利用飞秒激光刻蚀技术构建出蛇形电极结构。随后通过氩氢混合等离子体刻蚀工艺对氧化铟锡薄膜表面进行粗糙化处理，从而增强其对臭氧分子的吸附能力与电荷转移效率。最终，成功制备出尺寸仅为1.4×2.1×0.3 mm³的微型臭氧传感器。
该传感器具备自加热功能，可在无需外部热源的情况下，将敏感区域局部加热至180 ℃，有效防止臭氧在检测过程中被分解。其对臭氧表现出高度选择性，并且受环境湿度影响较小，适用于20–1000 ppb浓度范围的臭氧检测，与国际公认的紫外吸收分析方法具有高达93.6%的相关性。
该传感器的制备流程简洁，工艺可控性强，具备晶圆级批量制造的可行性，性能一致性良好。其优异的检测性能和小体积设计，有望满足室内外臭氧污染网格化监测的多样化需求。
相关研究成果已在国际权威期刊《纳米快报》（Nano Letters）上发表，研究得到了国家自然科学基金等科研项目的资助。
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