万景团队发明新型气体传感器

发布时间：2024-06-14

近日，复旦大学信息科学与工程学院学院万景研究员课题组构建了一种Au薄膜沉积在绝缘体上硅 (SOI) 基底上的肖特基势垒晶体管气体传感器，通过新颖的原位电场静电富集效应，实现了在室温下NH₃ 分子的极高的灵敏度与极低浓度检测。该气体传感器创新性地利用背栅应力施加的电应力来加速NH₃分子在传感器受体上的吸附与解吸过程。Au S/D电极用作室温下在 Au/Si 界面形成 NH₃⁺-e^- 偶极子的催化剂。结果表明，形成的偶极子可以有效地调节 Au/Si 肖特基势垒高度，从而可以非常显着地改变漏电电流 Id。

与传统气体传感器相比，基于原位电场静电富集效应的SOI肖特基晶体管使用电应力预处理，对于 900 ppb NH₃ 的电流灵敏度高达 4189000%，可检测浓度低至 120 ppb。实验证明该气体传感器恢复迅速、并具有极佳的重复性和选择性。凭借新颖的传感机制和测量配置，这项工作可以提供一种重要的方法来制造在室温下运行的高性能氨气气体传感器。该研究成果以“A Novel NH3 Sensing Mechanism Based on Au Pads Activated Schottky Barrier MOSFET on Silicon-on-Insulator with Extremely High Sensitivity at Room Temperature”为题发表于IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement。

图1.(a) NH₃分子催化反应示意图，(b) 用NH₃⁺-e^-偶极子注入NH₃之前和之后Au/Si界面的能带图，(c)900ppb下高灵敏度测量，(d) 快速脱附的测量 (e) 极低浓度下的灵敏度测量

复旦大学信息学院博士生肖凯为本文第一作者，复旦大学信息学院研究员万景，复旦大学微电子学院蒋玉龙，中国科学院微电子研究所刘凡宇研究员，南京邮电大学徐勇教授，王海华博士和陈秋梦博士为论文的共同通讯作者。该工作得到了国家重点研发计划、上海市科委“探索者”项目、上海市自然科学基金、广州市重点领域研发计划、中科院硅器件与技术重点实验室开放基金等支持。

原文链接：https://ieeexplore.ieee.org/document/10522908

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