一元硬币上集成 218 个“嗅探器”：我国研制出微型臭氧监测传感器，实现 ppb 级臭氧精准检测

4 月 4 日消息，我国科研团队研制出一款微型臭氧传感器，在一元硬币大小的玻璃片上集成了 218 个传感器单元，每个单元均可独立精准检测臭氧浓度。

中国科学院合肥物质科学研究院安徽光机所孟钢研究员团队与山西大学卢华东教授、安徽大学郭庆川教授团队开展合作，以常规氧化铟锡玻璃为基体，采用飞秒激光刻蚀与等离子体刻蚀工艺，设计了基于图形化氧化铟锡膜的臭氧传感器。

据介绍，汽车尾气、火电、工业锅炉、高温燃烧等活动均易产生臭氧，近地面臭氧污染是当前大气监测的重点。臭氧浓度极低，约为十亿分之一级别，检测难度较大。传统金属氧化物半导体臭氧传感器面临外部加热易分解臭氧、湿度干扰大、晶圆级量产一致性差等问题。

针对上述问题，研究团队提出了全新的自上而下的自加热氧化铟锡传感器制造策略。该工艺以商用氧化铟锡玻璃为基底，通过飞秒激光刻蚀形成蛇形电极结构；采用氩氢等离子体刻蚀将平滑的氧化铟锡膜粗糙化，以提升臭氧的吸附及电荷交换效率；激光切片后最终制成尺寸仅为 1.4 毫米 ×2.1 毫米 ×0.3 毫米的微型臭氧传感器。该传感器无需外部加热，通过自加热的方式将敏感区局域温度升至 180 摄氏度，有效避免了传感器周边臭氧分子的分解消耗。传感器对臭氧选择性高、受环境湿度干扰弱，可准确监测 20 至 1000ppb 范围内的臭氧浓度，与国际公认的紫外吸收法分析仪相关性达 93.6%。

该传感器制备工艺简单，易于实现晶圆级批量制备，性能一致性较高，满足室内外臭氧大气污染网格化精细监测需求。博士生冀小华为论文第一作者，孟钢研究员为通讯作者。相关成果以“Self-Heating of Top-Down Manufactured ITO Sensors for Accurately Monitoring ppb-Level O3”为题，发表在国际学术期刊《纳米快报》上。

附论文地址：https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.5c05216