大连理工研制出新型GaN发表纳米线气体传感器

Nano Letters近期发布了大连理工大学黄辉团队发明的无漏电流“纳米线桥接生长技术”，解决了纳米线器件的排列组装、电极接触及材料稳定性问题，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，该传感器可推广至生物检测以及应力应变检测等。

相较于传统体材料和薄膜材料，半导体纳米线具有许多独特优势。但是，纳米线器件的实用化还面临一系列问题，纳米线难于操控，排列定位难，电极接触面积非常小，造成电极接触电阻很大，比纳米线自身的电阻高出近两个数量级等等。

为解决这些问题，2004年，惠普公司与加州大学合作发明了一种“纳米线桥接生长技术”。通过在SOI衬底上刻蚀凹槽，纳米线从凹槽一侧开始生长并与另一侧对接，从而可以在凹槽侧边台面上制备金属电极。然而，因该方法纳米线在生长过程中通常会在凹槽底部沉积一层多晶膜（寄生沉积层），该寄生沉积层会产生较大旁路电流，极大劣化纳米线器件的性能，所以并未推广。

为此，黄辉团队首次研究了纳米线桥接生长中的寄生沉积效应，发明了一种桥接生长方法，结合气流遮挡效应与表面钝化效应，解决寄生沉积问题。研究人员采用新的刻槽方案和凹槽结构，避免凹槽底部的材料沉积，实现纳米线的桥接生长。

黄辉介绍说，“采用GaN缓冲层，通过调节纳米线的生长条件，如气流、催化剂、温度梯度等，可改变纳米线生长位置、方向、直径以及长度，从GaN纳米线、纳米针至微米柱，实现纳米线的可控生长。”

据悉，GaN材料是第三代半导体，具有优异的稳定性和生物兼容性，可耐高温、抗氧化、耐酸碱腐蚀，适用于严酷环境下液体和气体样品的检测。实验证明，氢氟酸环境下腐蚀48h，未对GaN纳米线电阻产生影响，其应用领域非常广泛。

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工作，8个月电阻变化率＜0.8%，且NO2检测限为0.5ppb，具有高稳定性、低功耗以及高灵敏度等特点。

该技术首次实现了“无漏电流”GaN桥接纳米线，研制出的GaN纳米线气体传感器将推动传感芯片的发展。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，并尝试做成传感芯片，与集成电路芯片做在一起，感知、控制、处理信号完美结合，能得到更广泛的应用。