摩擦电等离子体调控ZnO薄膜实现超低功耗室温丙酮气体传感

本文创新性地利用摩擦电纳米发电机（TENG）诱导负电晕放电产生O2-，通过构建气体离子栅效应和形成高活性氧物种O2-(Vo+)，实现了ZnO薄膜11 pW级超低功耗的室温丙酮检测（响应值28.0），为新一代低功耗气体传感器开发提供了新范式。

　　

Highlight

摩擦电等离子体调控的ZnO薄膜器件

图1a展示了基于摩擦电等离子体调控的气体传感测试平台，该平台由摩擦电纳米发电机（TENG）和气体传感测试单元组成。TENG采用水平独立层式设计，可产生4.5 kV开路电压和4.5 μA短路电流（图S1a-c），作为高压电源驱动系统。

结论

我们通过摩擦电等离子体调控构建了室温气体传感器件，使ZnO薄膜实现9 ppm丙酮检测时获得28.0响应值，工作功耗仅11 pW，创下当前室温气敏技术最低功耗记录。研究发现该技术能在ZnO薄膜中大量生成新型高活性氧物种O₂^-(V_o⁺)。

器件制备

将2×2 cm²的285 nm厚SiO₂晶圆依次经丙酮、乙醇和去离子水超声清洗。使用匀胶机以4000 rpm转速旋涂光刻胶（AZ-1500），100℃固化60秒后，采用激光直写机（DWL 66+）制作叉指电极。