【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】中國科學院安徽光機所孟鋼研究員團隊同山西大學盧華東教授、安徽大學郭慶川教授團隊開展合作，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)計了基于圖形化ITO膜的臭氧(O3)傳感器。該傳感器憑借獨特的自加熱設(shè)計和等離子體表面改性技術(shù)，實現(xiàn)了對ppb級(十億分之一)O3的精準、快速、穩(wěn)定監(jiān)測。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)境痕量臭氧精準檢測》“Self-Heating of Top-Down Manufactured ITO Sensors for Accurately Monitoring ppb-Level O3”為題，發(fā)表在《納米快報》Nano Letters上。
近地面臭氧污染仍是當前大氣監(jiān)測的重點，開發(fā)微型環(huán)境級(ppb)O3傳感器備受關(guān)注。針對傳統(tǒng)金屬氧化物半導體(MOS)臭氧傳感器面臨的外部加熱易分解臭氧、濕度干擾大、晶圓級量產(chǎn)一致性差等問題，團隊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。該傳感器無需外加熱，通過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O3選擇性高、受環(huán)境濕度干擾弱，可準確監(jiān)測20–1000ppb O3，與國際“金標準”紫外吸收法分析儀相關(guān)性達93.6%。
該傳感器制備工藝簡單、易實現(xiàn)晶圓級批量制備，傳感器性能一致性高(圖2)，滿足室內(nèi)外O3大氣污染網(wǎng)格化精細監(jiān)測需求。
博士生冀小華為論文第一作者，孟鋼研究員為通訊作者。本研究獲得了國家自然科學基金、安徽省科技攻堅計劃、皖江新興產(chǎn)業(yè)技術(shù)發(fā)展中心、光量子技術(shù)與器件全國重點實驗室的資助。
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