基于微机电系统（MEMS）技术的气体传感器，因其体积小、功耗低、易于集成等优势，在环境监测、工业安全、医疗健康等领域具有广泛的应用前景。近日，王路达团队在MEMS氢敏传感器方向实现突破，为推动氢能安全利用提供了技术支撑。利用金属氧化物半导体（MOS）的电阻式气体传感器，凭借其良好的成本效益、长期稳定性及与MEMS工艺的高度兼容性，已成为气体传感器商业化的重要方向之一。然而，传统气敏材料合成方法如水热法、溶胶-凝胶法和电纺丝技术，往往面临复现性不足、难以规模化制备等问题。物理气相沉积（PVD）技术具有优异的工艺可控性与扩展性，可在晶圆级基底上实现成分与厚度精确调控的薄膜制备，为发展高性能、可集成的氢气传感器提供了较理想的工艺平台。
图1 Pd-Ta2O5/SnO2基氢气传感器晶圆及性能展示
针对MOS基电阻式氢气传感器现存的挑战，北京大学集成电路学院王路达课题组依靠微米纳米加工技术全国重点实验室平台，通过构建氧化钽-氧化锡异质结并修饰电子束蒸发制备的钯纳米催化层，开发了一种先进的氢气传感平台（如图1）。本研究采用与MEMS工艺兼容的晶圆级沉积方法制备出Pd-Ta2O5/SnO2气敏材料，展现出2.3秒和7.2秒的超快氢气响应与传感器恢复速度，且在150°C的工作温度下，实现了极高的灵敏度（Ra/Rg = 1398）。同时，其对氢气检测表现出优异的选择性，对甲烷、乙醇、一氧化碳和乙烷等常见干扰气体选择比大于800。在响应速度、灵敏度及选择性等关键指标上均达到国际先进水平。该工作通过优化反应溅射工艺，实现了均匀、高质量的异质结薄膜制备，工艺扩展性强，为基于MEMS工艺的电阻式气体传感器开发提供了新路径。
相关成果以“Wafer-scale Pd-decorated Ta2O5/SnO2 heterojunction sensor for ultrafast and sensitive hydrogen detection”为题，发表在《Sensors and Actuators B: Chemical》上（https://doi.org/10.1016/j.snb.2026.139432）。北京大学集成电路学院2022级博士研究生佟峻赫为第一作者，王路达研究员为通讯作者。以上研究工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金等项目支持。
