硅基纳米多级复合结构集成气体传感器

本项目研究采用硅集成电路和硅微加工技术与先进的纳米多级复合结构气敏材料相结合的系统芯片（SOC）式气体传感器。该传感器芯片系统包括硅微热板阵列、加热驱动电路、信号放大电路、模数转换电路以及数控采样电路等；气敏材料包括多种纳米多级复合结构的金属氧化物材料和沸石薄膜材料。在已有积累的基础上，本项目以苯和沙林为目标气体，以显著提高半导体气体传感器的选择性和稳定性这两个核心参数为目的，深入研究纳米多级复合结构材料的气体敏感机理和规律、设计方法及其在硅基微热板上的定域选择性制备技术和性能控制技术；研究不同纳米多级复合结构气敏材料的制备方法的兼容性，给出硅基阵列式集成气体传感器系统的整体加工技术和气体检测技术。研究过程中还将与国内主要半导体气体传感器生产企业合作，共同研究提高半导体气体传感器的生产成品率、降低制备成本和综合提高我国半导体气体传感器技术水平的方法。

本项目研究采用硅集成电路和硅微加工技术与先进的纳米多级复合结构气敏材料相结合的气体传感器阵列芯片及其系统。分别采用静电纺丝法、水热法、模板法等多种工艺手段，制备了纳米复合纤维、纳米柱阵列、空心球等多种纳米多级复合气敏材料，对制备工艺的参数进行了优化，获得了几种选择性良好、灵敏度较高的纳米气敏材料；结合分子级仿真计算研究了纳米材料的气敏机理，揭示了纳米结构和工作温度对气敏性能的影响机理，分析了混合气体在材料表面的竞争吸附和促进吸附现象。研究了在微热板上沉积气敏材料的多种工艺，研发了微热板的片上控温集成电路。在三次MPW流片制造的基础上进行了6英寸晶圆整片批量流片，精简了后加工流程，大幅提高了成品率，形成了完整的硅基阵列式集成气体传感器系统的批量加工的成套制造工艺和气体检测技术。研发的微热板气体传感器芯片以集成硅微热板阵列为核心，集成了加热驱动电路和信号放大电路等，具有低功耗、低成本、高集成度优点，适合作为物联网的气体探测终端。项目的研发的气体传感器得到了物联网业界的关注，歌尔公司、中电集团等单位正在洽谈技术转移实现产业化。