大连理工大学电子科学与技能学院教授黄辉团队创造了无漏电流“纳米线桥接成长技能”，处理了纳米线器材的摆放拼装、电极触摸及资料安稳性问题，研制出高可靠性、低功耗及高灵敏度的GaN纳米线气体传感器，该传感器可推行至生物检测以及应力应变检测等。
“无旁路电路”纳米线桥接成长计划
微型气体检测仪
人工智能、可穿戴配备、物联网等信息技能迅猛开展，需求海量的传感器供给支撑，大数据和云核算等事务也需求各种传感器实时收集数据来支撑。但现在的传感器存在国产化低、产品偏低端、技能立异单薄、出产工艺落后等问题。
日前，大连理工大学电子科学与技能学院教授黄辉团队创造了无漏电流“纳米线桥接成长技能”，处理了纳米线器材的摆放拼装、电极触摸及资料安稳性问题，研制出高可靠性、低功耗及高灵敏度的GaN纳米线气体传感器，该传感器可推行至生物检测以及应力应变检测等，相关研讨成果发表于《纳米快报》。
微纳传感有个“坎”
近年来，半导体集成电路芯片（IC）开展迅猛，推进物联网和人工智能工业鼓起。“如果把IC比作人的大脑（处理信息），传感器则相当于人的感知器官（获取信息）”黄辉告知《我国科学报》，“IC和传感器相互依存。”
可是，传感器、特别是微纳传感器的开展速度，远远滞后于IC的开展水平。黄辉以为，微纳传感器、传感芯片将是继IC工业之后的另一严重工业。
黄辉介绍，现在广泛使用的最小的传感器是MEMS传感器。
MEMS（微机电体系）传感器是选用微电子和微机械加工技能制造出来的新式传感器。其内部结构一般在微米乃至纳米量级，是一个独立的智能体系。与传统的传感器比较，它具有体积小、重量轻、成本低、功耗低、可靠性高、适于批量化出产、易于集成和完结智能化的特色。一同，在微米量级的特征标准使得它可以完结某些传统机械传感器所不能完结的功用。
“而与MEMS器材比较，半导体纳米线的标准缩小了1000倍，面积缩小100万倍。因而，纳米线是最小的器材，也是微纳传感器的抱负挑选。”黄辉说。
相较于传统体资料和薄膜资料，半导体纳米线具有许多共同优势：大的比外表积可以进步器材的灵敏度，易于形变可以提高资料的集成才能，纳米级的导光和导电通道可以制造单根纳米线光子器材。此外，纳米线优异的机械功能以及灵活多样的结构，使其具有较好的柔韧性，且可构成芯包层和穿插网格结构。
可是，纳米线器材的实用化还面对一系列问题。北京邮电大学电子工程学院教授忻向军向《我国科学报》介绍，纳米线的资料成长和器材制备是分隔的，需求进行剥离、搬运、摆放定位、以及镀膜等过程，工艺杂乱并且会损害和污染纳米线。
此外，纳米线难于操控，很难对其进行摆放定位。“并且纳米线与金属电极的触摸面积十分小，因而，电极触摸电阻很大，比纳米线本身的电阻高出近两个数量级。” 忻向军说。
纳米线传感器“长”出来了
为处理纳米线摆放定位难、电极触摸面积小等一系列问题，2004年，惠普公司与加州大学协作创造了一种“纳米线桥接成长技能”。经过在SOI衬底上刻蚀凹槽，纳米线从凹槽一侧开端成长并与另一侧对接，然后可以在凹槽侧边台面上制备金属电极。
黄辉表明，这种经过“成长”使纳米线和侧壁融为一体的计划，防止了在纳米线外表制备金属电极，使电极触摸电阻降低了两个数量级、噪声降低了三个数量级。此外，无需摆放定位纳米线，简化了制备工艺，消除了纳米线的外表污染和损害。
可是，惠普公司纳米线桥接成长计划并未取得推行。因该办法纳米线在成长过程中，一般会在凹槽底部堆积一层多晶膜（寄生堆积层），该寄生堆积层会发生较大旁路电流，极大劣化纳米线器材的功能。
为此，黄辉团队初次研讨了纳米线桥接成长中的寄生堆积效应，创造了一种桥接成长办法，结合气流遮挡效应与外表钝化效应，处理寄生堆积问题。研讨人员选用新的刻槽计划和凹槽结构，防止凹槽底部的资料堆积，完结纳米线的桥接成长。
黄辉告知记者：“选用GaN缓冲层，经过调理纳米线的成长条件，如气流、催化剂、温度梯度等，可改动纳米线成长方位、方向、直径以及长度，从GaN纳米线、纳米针至微米柱，完结纳米线的可控成长。”
据悉，GaN资料是第三代半导体，具有优异的安稳性和生物兼容性，可耐高温、抗氧化、耐酸碱腐蚀，适用于严格环境下液体和气体样品的检测。“试验证明氢氟酸环境下腐蚀48小时，未对GaN纳米线电阻发生影响，其使用范畴十分广泛。”黄辉说。
在此基础上，团队研制出了集成纳米线气体传感器——GaN纳米线气体传感器。经检测，该传感器可在室温下作业，8个月电阻改变率<0.8%，且NO2检测限为0.5ppb，具有高安稳性、低功耗以及高灵敏度等特色。
忻向军表明，该技能初次完结了“无漏电流”GaN桥接收米线，研制出的GaN纳米线气体传感器将推进传感芯片的开展。
传感芯片行将到来
微纳传感器归于颠覆性技能，包含巨大的立异与商场空间。近年来，微纳传感器已成为政府及社会资金出资的热门范畴之一。“微钠传感器与物联网、5G的开展关系密切，在手机、轿车、医疗和消费范畴得到广泛使用，它的开展局势一片大好。”忻向军说。
美国密歇根大学电子和核算机工程系系主任表明，曾经传感器需求三大组件：电子器材、无线组网体系、无线网络体系。未来，传感器和传感器使用将无处不在，当它们组组成网络后，便可以经过微纳传感器，在很小的环境中达到更好的传感器网络。
“或许只是1毫米就可以装载数百万个传感器，这样的设备可以供给十分微型的芯片，可以十分按时、及时、精确地监测数据，这将协助咱们在当时不同的动力体系、电能体系中发挥作用。”Khalil Najaf说。
黄辉表明，团队下一步将着力研制功耗更低、体积更小的GaN纳米线气体传感器，并测验做成传感芯片。“最抱负的状况是与集成电路芯片做在一同，感知、操控、处理信号完美结合，能得到更广泛的使用。”
对此，忻向军指出，传感芯片具有很好的开展前景和巨大潜力，值得研制推行。一同他主张，传感芯片技能一旦老练，应敏捷与行业界专业人士协作推行，抢占先机。
