基于微機電系統（MEMS）技術的氣體傳感器，因其體積小、功耗低、易于集成等優勢，在環境監測、工業安全、醫療健康等領域具有廣泛的應用前景。近日，北京大學集成電路學院/集成電路高精尖創新中心王路達團隊在MEMS氫敏氣體傳感器方向實現突破，為推動氫能安全利用提供了技術支撐。
利用金屬氧化物半導體（MOS）的電阻式氣體傳感器，憑借其良好的成本效益、長期穩定性及與MEMS工藝的高度兼容性，已成為氣體傳感器商業化的重要方向之一。然而，傳統氣敏材料合成方法如水熱法、溶膠-凝膠法和電紡絲技術，往往面臨復現性不足、難以規模化制備等問題。物理氣相沉積（PVD）技術具有優異的工藝可控性與擴展性，可在晶圓級基底上實現成分與厚度精確調控的薄膜制備，為發展高性能、可集成的氫氣傳感器提供了較理想的工藝平臺。
針對MOS基電阻式氫氣傳感器現存的挑戰，北京大學王路達課題組依靠微米納米加工技術全國重點實驗室平臺，通過構建氧化鉭-氧化錫異質結并修飾電子束蒸發制備的鈀納米催化層，開發了一種先進的氫氣傳感平臺（如圖1所示）。
圖1 Pd-Ta2O5/SnO2基氫氣傳感器晶圓及性能展示
本研究采用與MEMS工藝兼容的晶圓級沉積方法制備出Pd-Ta2O5/SnO2氣敏材料，展現出2.3秒和7.2秒的超快氫氣響應與傳感器恢復速度，且在150°C的工作溫度下，實現了極高的靈敏度（Ra/Rg = 1398）。同時，該氣敏材料對氫氣檢測表現出優異的選擇性，對甲烷、乙醇、一氧化碳和乙烷等常見干擾氣體選擇比大于800。在響應速度、靈敏度及選擇性等關鍵指標上均達到國際先進水平。該工作通過優化反應濺射工藝，實現了均勻、高質量的異質結薄膜制備，工藝擴展性強，為基于MEMS工藝的電阻式氣體傳感器開發提供了新路徑。
相關成果以“Wafer-scale Pd-decorated Ta2O5/SnO2 heterojunction sensor for ultrafast and sensitive hydrogen detection”為題，發表在Sensors and Actuators B: Chemical期刊上。北京大學集成電路學院2022級博士研究生佟峻赫為第一作者，王路達研究員為通訊作者。以上研究工作得到了國家重點研發計劃、國家自然科學基金等項目支持。
論文鏈接：
https://doi.org/10.1016/j.snb.2026.139432
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