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技术 | Technology – GaN 传感器

图6. 我们从严格的现场应用中评估了传感器的性能，IMEC的工程
图5. 与金属氧化物传感器相比，IMEC的HEMT传感器的另一优势
在于它受环境湿度的影响很小。图为在相对湿度为20%、50%和 师们在车库中评估了基于HEMT传感器的性能。
80%的条件下校准后的NO 2 浓度响应，可以看到湿度对于基线的影
响并不明显。值得注意的是，NO 2 吸收和湿度之间是竞争关系，相 处还在于将使传感器能探测更多种类的气体，如
对湿度越高，对NO 2 的响应灵敏度就越低。 CO 2 和 H 2 等（见图 7）。尽管表面功能化使得传
天的探测，我们传感器的响应灵敏性就受到了 感器的表面性能具有了可调性，但它的实际应用
影响，这可能是因为现场还有其他未知气体的 依然还仍处于探索阶段。
存在。这一影响因素并不值得惊奇，因为汽车
燃料的完全燃烧和不完全燃烧将会产生大量的
芯片切割和封装
不明气体和雾状化合物。
想要解决这一问题并不容易，因为这与传感 IMEC 传感器的制作过程包括有去除硅衬底来得到悬空的
器表面的化学性质有关。可以通过表面改性或增 GaN 薄膜。尽管硅片是脆性的，但可以先用紫外敏感切割箔片
来对器件保护，再进行硅片的切割。在进行紫外曝光和加热后，
加滤网来给予解决。另一种方法则是对表面进行
使用二次剥离箔片就可将这层切割箔片从硅片上剥离去除。
功能化处理，来增加它的化学活性，它们可以是
IMEC 工程师还提出了传感器的光敏特性问题。尽管所制作
（金属）纳米颗粒、聚合物层、自组装单分子层或
的薄膜对可见光是透明的，但它对紫外光仍然十分敏感，这是
金属有机物骨架等先进结构。进行这种改性的好
由于 GaN 具有较大的禁带宽度所致。因此，为了解决这一问题，
传感器试制品所采用的封装对光都是不透明的，但允许被测气体
稳定地通过。

图7. 二维电子气对表面电荷有着高的灵敏度，可用于CO 2 的探测和室内空气质量的监测。与
NO 2 不同的是，CO 2 不会与传感器表面直接产生反应，即便将传感器暴露于浓度为10%的CO 2
中，仍然不会产生响应。然而，若在传感器表面附着一层pH敏感聚合物（如聚乙烯亚胺），那
么低于500ppm浓度的CO 2 也能被探测到，这一响应灵敏度已使这种传感器足够用于室内空气质
量的监测。传感器能够探测CO 2 的机理是，CO 2 会使聚合物层中的pH值发生变化。更为特别的
是，CO 2 的吸收会使聚合物侧边基团发生质子注入，这将提升对凹槽中二维电子气沟道的控制
并增加器件的电流。值得注意的是，想要探测浓度为ppm量级的H 2 ，可通过在栅极凹槽区域上
热蒸发5 nm厚的铂层来实现。

www.compoundsemiconductorchina.net 化合物半导体 2016年第4期 23