安光所团队开发了基于图形化ITO膜的高性能O3传感器
时间：2026-02-02 作者：冀小华
中国科学院安徽光机所孟钢研究员团队同山西大学卢华东教授、安徽大学郭庆川教授团队开展合作，以常规氧化铟锡（ITO）玻璃为基体，采用飞秒激光刻蚀与等离子体刻蚀工艺，设计了基于图形化ITO膜的臭氧（O3）传感器。该传感器凭借独特的自加热设计和等离子体表面改性技术，实现了对ppb级（十亿分之一）O3的精准、快速、稳定监测。相关成果以《自上而下工艺构筑的氧化铟锡传感器及环境痕量臭氧精准检测》“Self－Heating of Top－Down Manufactured ITO Sensors for Accurately Monitoring ppb－Level O3”为题，发表在《纳米快报》Nano Letters上。
近地面臭氧污染仍是当前大气监测的重点，开发微型环境级（ppb）O3传感器备受关注。针对传统金属氧化物半导体（MOS）臭氧传感器面临的外部加热易分解臭氧、湿度干扰大、晶圆级量产一致性差等问题，团队提出了全新的自上而下的自加热ITO传感器制造策略。该工艺以商用ITO玻璃为基底，通过飞秒激光刻蚀形成蛇形电极结构；采用氩氢（Ar／H2）等离子体刻蚀将平滑的ITO膜粗糙化，以提升O3的吸附及电荷交换；激光切片后最终制成尺寸仅为1.4×2.1×0.3mm3的微型臭氧传感器。该传感器无需外加热，通过自加热的方式将敏感区局域温度升至180℃，有效避免了传感器周边O3分子的分解消耗。ITO传感器对O3选择性高、受环境湿度干扰弱，可准确监测20–1000ppb O3，与国际“金标准”紫外吸收法分析仪相关性达93.6％（图1）。
该传感器制备工艺简单、易实现晶圆级批量制备，传感器性能一致性高（图2），满足室内外O3大气污染网格化精细监测需求。
博士生冀小华为论文第一作者，孟钢研究员为通讯作者。本研究获得了国家自然科学基金、安徽省科技攻坚计划、皖江新兴产业技术发展中心、光量子技术与器件全国重点实验室的资助。
文章链接：https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.5c05216
图1 自加热ITO传感器与光学臭氧检测仪性能对比
图2 ITO传感器批量制备及O3响应一致性