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技术 | Technology – GaN 传感器

图4. 采用薄膜结构能降低NO 2 传感器的功耗。

显不同。由于表面下方存在有二维电子气的埋层， 任何传感器的性能须接受严格的现场应用评
二维电子气在密度上的平衡受到表面电荷的控 估。我们将我们的 HEMT 传感器安装在一个高科
制，所以它会受到表面态与电子施主或还原气体 技园区的停车库中，并将它的探测结果与化学发
间相互作用的影响。例如，我们的传感器对 ppm 光分析仪的测量结果进行了比较。
量级的氨气十分灵敏，但是它对 NO 2 的响应却与 比较结果显示，我们传感器的灵敏度很高
之相反 ：随着浓度的增大，器件的电阻会降低， （图 6）。在工作日的开始和结束之际，这两种技
而非增大，这是因为氨是电子的施主，而 NO 2 却 术都探测到了 NO 2 浓度的峰值。然而，这一现
是电子的受主。 场评估也发现了我们传感器的局限性，经过几

先进的微型传感器

如今，典型的电化学传感器包括一个传感电极和一个 成本。气体与沉积在两个电极间的金属氧化物薄膜进行
反向电极，两者之间为一层电解液。待测气体扩散穿过多 氧化或还原反应，可实现对气体的探测。这些反应是在
孔疏水隔层，与传感电极表面发生氧化或还原反应，而在 金属氧化物薄膜内的晶界上发生，使得这些晶粒间势垒
两个电极之间产生电流，其大小正比于待测气体的浓度。 的升高或降低，由此使得两个电极间的电流发生变化。
在实际应用中，尽管作为反应催化剂的电极材料是 化学反应强烈依赖于传感器的工作温度，通常情况下为
针对特定气体种类进行开发的，使得电化学传感器的选 几百摄氏度。因此，该结构通常是制作在“微热板”上，
择范围并不广。电化学传感器仍有存有以下缺点 ：与昂 通过先进的微机械加工工艺来在硅片上制作尺寸极小的
贵的分析仪器相比，其灵敏度低、使用寿命短。另外， 悬空薄膜。这样做的优点是能够减少衬底的热量损失，
由于电解液中所含的水分会随时间缓慢蒸发，使得传感 可降低功耗，通常仅有几十毫瓦。
器需要进行定期校准。然而，这种传感器仍具有较低的 这种金属氧化物传感器的缺点是在于它的响应非线
功耗、良好的响应线性以及相对较低的成本等优点。 性和信号漂移问题。但是，这种问题能通过智能输出加
金属氧化物传感器正成为当下气体传感器的主流。 以解决。它的其他缺点与电化学传感器相类似，包括有
该传感器可以在硅片上进行制造，能够缩小尺寸和降低 灵敏度低、易受如环境水汽等其他气体的干扰等问题。

22 化合物半导体 2016年第4期 www.compoundsemiconductorchina.net