基于IGZO技术的简单、可扩展且具有线性响应特性的半透明传感器，用于检测亚ppm级别的NO?

《IEEE Sensors Journal》：IGZO-Based Simple, Scalable, and Linear Response Semitransparent Sensors for Sub-ppm NO? Detection

非晶态IGZO叉指电极传感器高效检测亚ppm NO2，最大响应2.85，线性度R20.9912（1-0.05ppm），无需光刻工艺，成本低可量产，兼具透明性与电路集成潜力。

　　

摘要：

在这项研究中，我们提出了一种基于非晶铟镓锌氧化物（IGZO）的化学电阻传感器，用于高效检测亚ppm级别的二氧化氮（NO2）。该传感器采用交错电极（IDEs）和溅射非晶IGZO材料制成。作为传感材料的IGZO薄膜是从In:Ga:Zn比例为1:1:5的靶材中溅射沉积得到的。此前尚未有报道指出基于In:Ga:Zn比例为1:1:5的靶材溅射薄膜制成的NO2传感器。该传感器的设计非常简单，制造过程仅涉及通过硬掩模进行材料沉积的两个主要步骤。由于无需使用光刻技术，因此可以实现低成本和大规模生产，可以在大面积基底上制造多个传感器，之后再将其切割成单个器件。由于IGZO具有良好的透明性，这些传感器具有部分透明性，并且对亚ppm级别的NO2浓度具有线性响应。其中一层IGZO厚度较薄（约10纳米）的传感器，其最大响应值为2.85 Rg/mol。在250°C的适中温度下，对于1至0.05 ppm范围内的NO2浓度，传感器表现出极高的线性度，决定系数达到0.9912。基于IGZO-115制造的气体传感器具有高透明度，适用于智能传感窗口等应用；此外，由于IGZO-115传统上也被用于晶体管和集成电路的制造，因此可以在同一平台上同时实现气体传感器及其信号调理电子电路的集成。

引言

人体内血液与细胞之间的气体交换是一个持续不断的过程，因此我们呼吸的空气中成分的微小变化都可能对我们的健康产生严重危害，甚至导致永久性损伤或在极端情况下危及生命。尽管交通运输行业对人们的生活便利性至关重要，但它通过向空气中排放大量污染物而损害了我们的健康。二氧化氮（NO2）是车辆排放气体的主要成分之一，人体长期直接暴露于该气体中会导致严重的健康问题，尤其是呼吸系统和心血管疾病[1]。NO2与空气中的其他化学物质反应会产生颗粒物和臭氧，间接威胁人类健康。NO2还是火灾过程中产生的有毒气体之一，这进一步凸显了在低浓度下检测其存在的必要性。由于NO2来源于内燃机排放，因此NO2传感器在评估车辆及其所用燃料的质量方面发挥着关键作用。交通运输行业需要采取监管措施来控制空气污染，而气体传感器对于执行这些法规以及预防与有毒气体暴露相关的事故至关重要。对于有毒气体传感器而言，良好的灵敏度、特异性和选择性，以及低检测限和可靠性是其完成预定任务的重要要求。