中科院合肥研究院安光所激光中心方晓东研究员、孟钢研究员团队以WO3纳米颗粒为研究对象，采用脉冲温度调制（PTM）测试模式，使半导体气体传感器对NO2、H2S和VOCs的灵敏度比传统恒温测试模式提升了1-2个数量级，接近或超过现有化学增敏WO3传感器的最高纪录。相关成果以“Generic approach to boost the sensitivity of metal oxide sensors by decoupling the surface charge exchange and resistance reading process”为题，发表于ACS Applied Materials & Interfaces期刊。
灵敏度是衡量氧化物半导体气体传感器性能的一个重要指标，提升灵敏度是传感器研究的焦点之一，常用的策略是增强敏感材料的表面活性，即化学增敏，实现方案包括形貌（尺寸、裸露晶面）控制、贵金属修饰、（掺杂/退火/等离子处理）缺陷调控等。现有的化学增敏途径虽可显著提高材料灵敏度，但也存在不足：首先，化学增敏需要在微观层面精细调控材料，往往需要大量的正交实验优化得到最佳工艺，合成要求较高、工艺复杂；其次，不同敏感材料的晶体结构、生长习性各不相同，更换新的材料体系时，通常需要重新摸索实验方案，方法的普适性差。
图(a)WO3 MEMS传感器； (b)PTM（物理）增敏结果。
此外，采用尺寸、功耗更低的微机电系统（MEMS）微热台进行PTM测试，在提升灵敏度的同时，可将传感器功耗进一步降低至10 mW量级，为后续高灵敏、低功耗、超微型智能分子传感系统的开发奠定了坚实的基础。
上述工作由国家自然科学基金和中科院国际合作等项目资助。
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https://doi.org/10.1021/acsami.0c07626
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