近日，中国科学院合肥物质院安光所孟钢研究员团队与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“Self-Heating of Top-Down Manufactured ITO Sensors for Accurately Monitoring ppb-Level O₃”为题，发表在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1.4×2.1×0.3 mm³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20–1000 ppb 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。本研究得到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