從公共場所的煙霧報警裝置、新房裝修后的甲醛檢測儀，到危險工業廢氣的預警系統，離不開背后的核心器件——氣體傳感器。近日，西交利物浦大學與中科院蘇州納米研究所合作研發出一種新型的氣體傳感器大規模制備方案，有望突破制約氣體傳感器實際應用的瓶頸，如均一性差、穩定性低等，推動半導體型氣體傳感器向批量化、低成本生產更邁進一步。

“對于氣體傳感器讀出的數值，我們希望可視化結果是一致的、真實的。但市面上常見的氣體傳感器，在應用之前需要大量的前期測試以篩選出氣敏響應性能一致的氣體傳感器，避免在相同測試環境下傳感器之間的測試數據偏差較大，最終對用戶來說結果也還是不太可信。我們希望通過前期制備工藝的改進，為解決這一問題提供一種有價值的思路和方案?！眻F隊負責人之一、西交利物浦大學健康與環境科學系秦素潔博士表示。

團隊成員劉林博士介紹道，電阻型半導體氣體傳感器所使用的敏感材料，是具有氣體敏感性的金屬氧化物?！爱斍爸髁鞯墓に囀菍⒎垠w的氣敏材料，加入有機黏結劑后混成漿料，涂覆在傳感芯片之上，稱為‘涂布法’。這類技術很難解決敏感材料與襯底之間的結合力弱、材料均勻性差的問題。比如，材料涂上去后，會擔心脫落;敏感材料在涂布過程中容易團聚?！?/p>

“我們創新性地將微機電系統(MEMS)制造技術，與納米敏感材料的圖案化、低成本‘原位生長’技術相結合，實現了在傳感器芯片陣列的特定區域制備出形狀和尺寸一致、性質均一的金屬氧化物納米陣列敏感材料，能夠避免敏感材料的團聚現象，同時敏感材料與芯片襯底之間的結合力得到了顯著改善。”劉林說。

據了解，原位生長技術是一種可以通過調控實驗的參數如反應溫度、反應時間等制備具有不同形貌、尺寸、氣敏響應性能的敏感材料的化學方法。劉林解釋：“微機電系統技術是在硅片襯底上‘自上而下’地一層層做結構，制造微型氣體傳感器芯片，每個芯片大小為1.2mm×1.2mm;而圖案化原位生長技術是用化學的方法，‘自下而上’地讓敏感材料長在傳感器的中心區域，慢慢長成三維陣列。相較于傳統的涂布法，由于材料是原位生長上去的，因此結合力、附著力會大大提升，提升了器件的穩定性。同時原位生長法可以通過改變實驗條件，調控材料的形貌、尺寸，避免材料的團聚，有利于制備氣敏性能均一的氣體傳感器。”

為確保傳感器性能的均一性，需要實現材料的圖案化生長、保持每個圖案的高度一致性?！拔覀兝霉饪碳夹g在2寸的傳感器芯片晶圓上(包含1000多個傳感器芯片)制備了感光干膜點陣模板，誘導并組裝一層具有微孔圖案的熱塑性彈性體薄膜，微孔直徑約為607微米，在微孔中原位生長敏感材料陣列，得到一致性的、圖案化的材料。” 秦素潔說，該方案簡單、成本低，具有大規模制備的可能性。