我国科研人员在GaN气体传感器研究领域取得新进展

　　随着工业化和城市化的快速发展，气体传感器以其高灵敏度和广泛的应用受到越来越多的关注，如工业厂房排放监测、室内外环境污染检测、呼吸传感分析等领域，都需要用到各种其他传感器。同时，在物联网市场高速发展的背景下，气体传感器在智能家居、可穿戴设备、智能移动终端等领域的应用需求迅速增长。

        据报告显示，在全球市场中，气体传感器在传统应用领域中的需求不断增长，2016-2021年将保持7.3%年均复合增长率上升，到2021年，全球气体传感器市场规模将达到9.2亿美元。随着终端消费市场崛起，全球消费领域气体传感器需求保持高速增长。2015年，全球消费用气体传感器出货量为130万颗左右，2018年迅速提升至1亿颗，预计到2020年其需求将增长至3.5亿颗，气体传感器行业迎来新一轮发展机遇。

　　气体传感器行业属于技术及资金密集型行业，其产品研发及生产周期较长。在全球市场中，气体传感器生产企业主要集中在英国、日本、德国、美国、中国等国家。我国气体传感器行业经过技术与经验的不断积累，先进企业，行业整体竞争力不断增强。

　　近年来，第三代半导体材料GaN以其宽的禁带宽度、高导热性、高击穿电场等优点受到了科学家们的广泛关注。第三代半导体材料——氮化镓(GaN)，作为时下新兴的半导体工艺技术，提供超越硅的多种优势。与硅器件相比，GaN在电源转换效率和功率密度上实现了性能的飞跃，广泛应用于功率因数校正(PFC)、软开关DC-DC等电源系统设计，以及电源适配器、光伏逆变器或太阳能逆变器、服务器及通信电源等终端领域。GaN材料在气体传感器方面也发挥着不可估量的作用。

　　基于GaN材料的气敏传感器已经有诸多报道，然而GaN材料的制备和器件的制作大多涉及复杂的工艺和昂贵的设备，从而导致较高成本，严重阻碍了GaN气体传感器地大批量生产应用。因此，在提高GaN传感器件灵敏度的前提下，降低材料的制备成本以及简化器件的制作工艺还需要进一步研究。

多孔 GaN 亚微米棒的形成过程示意图

　　近日，南方科技大学的汪飞课题组表明他们在GaN气体传感器研究方面取得了新的进展，该课题组长期从事微纳米加工工艺、MEMS传感器件及敏感材料研究，有效提高了对乙醇，丙酮，氢气，二氧化硫等不同气体及环境湿度的监测，并长期致力于发展高性能，低功耗传感器与微型能量采集器件。

        经过长期的试验对比，该课题组发现，GaN-3器件的乙醇传感性能最佳，可归结于以下三点：（1）产物具有最高的比表面积（40.8m2g-1），有利于气体分子的吸附和反应；（2）组成亚微米棒的晶粒尺寸较小，使得GaN晶粒颈联部分的电子耗尽区占比增大，也导致器件电阻发生较大变化；（3）器件在空气中的电阻值较小，由于GaN-3产物的长径比（4.90）最大且平均直径最小，使器件电阻受到相邻亚微米棒之间势垒的影响。

        同时，该课题组实现了如下的创新研究：通过调控Ga盐浓度和水热条件，制备了长径比不同的GaOOH亚微米棒前驱体；分别在空气和氨气气氛中退火获得多孔GaN亚微米棒；比较和分析了长径比、比表面积、工作温度等对GaN基气体传感器的乙醇气敏性能的影响；提出了一种基于多孔GaN亚微米棒的乙醇气敏增强机制。

        据悉，课题组研究工作长期获得了国家自然科学基金、广东省自然科学杰出青年基金、深圳市战略新兴产业发展专项资金等支持。