用于飲用水監(jiān)測的AlInN/GaN異質(zhì)結(jié)構(gòu)傳感器基礎(chǔ)研究結(jié)題摘要

飲用水安全是關(guān)系人民生活質(zhì)量和生命安全的重大問題，發(fā)展可在線監(jiān)測飲用水中污染物的微型傳感器具有重要意義。本項目系統(tǒng)開展了高質(zhì)量氮化物半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)薄膜的生長技術(shù)、表面電荷對異質(zhì)結(jié)溝道二維電子氣的調(diào)控機理及影響其調(diào)控靈敏度的因素、表面功能改性及對水體中特定污染物選擇性吸附特征和吸附機理等基礎(chǔ)方面的研究。重點解決了具有超薄勢壘層的AlInN/GaN異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料生長、基于分子印跡技術(shù)的表面功能改性及其對特定飲用水體污染物的高度選擇識別等關(guān)鍵科學(xué)技術(shù)問題，成功研制出了可對飲用水體中磷酸根和三氯乙酸根等有害陰離子進行識別和痕量檢測的AlIn（Ga）N/GaN異質(zhì)結(jié)晶體管傳感器。所開發(fā)的基于分子印跡技術(shù)的超薄勢壘層AlInN/GaN異質(zhì)結(jié)晶體管傳感器對磷酸根陰離子的檢測極限達到0.02mg?L-1，遠遠超過了0.1mg?L-1的浮游生物生長的磷酸根陰離子限制水平，并且所研發(fā)的傳感器具有優(yōu)異的選擇性，對其它干擾陰離子幾乎沒有響應(yīng)，說明所發(fā)展的傳感器在飲用水陰離子的在線監(jiān)測領(lǐng)域具有較大的應(yīng)用潛力。同時發(fā)展了GaN 基高靈敏度電化學(xué)傳感器的檢測機理和物理-化學(xué)模型，形成了一套系統(tǒng)的理論和方法，為GaN 基傳感器的進一步實用化提供理論基礎(chǔ)和關(guān)鍵問題的技術(shù)支撐。 項目成果在IEEE Electron Device Letters、Scientific Reports、Applied Physics Letters等國際著名期刊上發(fā)表SCI收錄學(xué)術(shù)論文13篇；在傳感器材料和器件制備方面獲授權(quán)專利1項，申請專利2項；培養(yǎng)碩士、博士研究生9名。 2100433B

飲用水安全是關(guān)系人民生活質(zhì)量和生命安全的重大問題，發(fā)展可在線監(jiān)測飲用水中污染物的微型傳感器具有重要意義。本申請項目擬利用AlInN/GaN異質(zhì)結(jié)具有可發(fā)展超薄壘層電子器件的潛力來實現(xiàn)高靈敏度的微電子化學(xué)傳感器，系統(tǒng)開展高質(zhì)量超薄勢壘層結(jié)構(gòu)的異質(zhì)結(jié)薄膜的生長技術(shù)、表面電荷對異質(zhì)結(jié)溝道二維電子氣的調(diào)控機理及影響其調(diào)控靈敏度的因素、表面功能改性及對水體中特定污染物選擇性吸附特征、選擇吸附機理等基礎(chǔ)方面的研究。重點解決異質(zhì)結(jié)溝道二維電子氣對表面電荷的敏感性問題和基于分子印跡聚合物的表面功能改性及其對特定飲用水體污染物的識別問題，提高傳感器對表面電荷的敏感度和對特定污染物的選擇吸附能力，實現(xiàn)傳感器對飲用水體中特定有害陰離子的痕量檢測。同時，發(fā)展GaN基高靈敏度微電子化學(xué)傳感器的檢測機理和物理-化學(xué)模型，形成一套系統(tǒng)的理論和方法，為GaN基傳感器的進一步實用化提供理論基礎(chǔ)和關(guān)鍵問題的技術(shù)支撐。

景觀異質(zhì)性包括空間異質(zhì)性(Spatial heterogeneity)和時間異質(zhì)性(Temporal heterogeneity)，另一說為空間異質(zhì)性、時間異質(zhì)性和功能異質(zhì)性(Functional heterogeneity，指景觀的過程功能指標(biāo)在空間商的變異性，如物質(zhì)流、能量流、物種流等，實際上也可看作是空間異質(zhì)性。)。

一般而言，景觀異質(zhì)性是指空間異質(zhì)性，而將時間異質(zhì)性用動態(tài)變化來表述，但就當(dāng)前來說，已有越來越多的生態(tài)學(xué)家認識到——生態(tài)學(xué)系統(tǒng)的空間異質(zhì)性與時間動態(tài)同等重要，時間動態(tài)與空間異質(zhì)性相結(jié)合而形成的時空耦合異質(zhì)性也十分重要（邱揚等，2000；傅伯杰等，2001）。2100433B

異質(zhì)性是景觀的一個根本屬性，也是區(qū)別于其他生態(tài)學(xué)組織層次（如種群、群落和生態(tài)系統(tǒng)）的最顯著特征（Risser et al.，1984；Wu，2013）。景觀異質(zhì)性的概念既可適用于生態(tài)學(xué)系統(tǒng)，也可適用于社會-生態(tài)耦合系統(tǒng)（Wu，2006）。