近日，大连理工大学光电工程与仪器科学学院黄火林教授团队在第三代半导体氮化镓（GaN）磁传感器领域取得重要进展，在国际上率先研制出可稳定工作在1.9 K~673 K极宽温度范围的三维磁传感器芯片，并进一步开发出高精度国产磁检测仪器及系列下游产品。该技术攻克了传统磁传感器高温失效、线性度误差大、工作带宽小等行业瓶颈，为航空航天、深海探测、智慧医疗、智能制造、机器人等领域的高精度磁场探测、目标追踪、速度/位移感知、电流检测提供了突破性解决方案。相关团队在该领域已授权或申请美国/国内发明专利30余项，在自然指数期刊APL、Nature Communications、IEEE Transactions等领域权威期刊发表学术论文50余篇，获国家一级行业协会科技奖励2项、大连市技术发明一等奖1项。

近期发表重要论文：Appl. Phys. Lett. 126, p. 032110, 2025；Appl. Phys. Lett. 126, p. 112105, 2025；Nature Communications 16, p. 2866, 2025；Appl. Phys. Lett. 125, p. 232102, 2024；Appl. Phys. Lett. 124, p. 202102, 2024；IEEE Trans. Electron Devices 69, p.7019, 2022.

支撑科技项目：此项研究获得国家科技部重点研发计划项目（批准号：2024YFE0205000）、科技部科技创新2030“脑科学”专项（批准号：2022ZD0210700）、国家基金委联合基金重点项目（批准号：U23A20361）以及多项省/市重点研发计划项目和企业合作项目的支持。

行业痛点：高温三维磁传感技术长期受限于材料与工艺瓶颈

磁传感器作为工业控制、汽车电子、深海深地勘测、航空航天和电力系统领域的核心元器件，长期面临两大挑战：第一，温度工作范围窄：传统的Si、InSb、GaAs磁传感器工作温度普遍低于150℃，高温环境无法工作或者温漂大导致检测精度低，无法满足极端环境应用需求；第二，空间感知局限：现有技术多局限于单轴磁场检测且探头体积较大，难以实现狭小空间三维空间磁场矢量精准检测。

技术突破：第三代半导体氮化镓磁传感芯片集成技术

氮化镓（GaN）半导体具备耐高温、耐高压、抗辐射等先天材料优势，大连理工大学团队历时十余载攻关，采用结构设计-制备工艺-电路算法协同创新路线，创新性地提出基于电子高限域性理论设计的GaN量子阱结构，并进一步突破原子级表/界面精准构筑关键工艺，成功开发工作温度范围（1.9 K~673 K）和磁场检测范围（优于6个数量级）“双宽”、高线性度（＜0.5‰）、低温漂（＜150 ppm/K）、抗辐照的三维磁传感器芯片技术，关键技术指标已通过中国计量院鉴定认证，已经在多个行业头部企业和高新技术企业开展应用验证。

图1：结构设计→芯片→晶圆→仪器

图2：典型温漂与线性度指标

应用前景：开启高温强磁环境智能感知新纪元

黄火林教授表示："我们通过设计-材料-工艺-仪器四个维度的协同创新，首次实现了氮化镓在高温三维磁传感领域的全链条技术突破。” 该创新技术典型应用如：① 工业控制：速度、位移精准测量；② 航空航天：航空发动机内部磁场实时检测、速度监控；③ 地热能源：超深层地热井磁异常探测；④ 电力系统：电流检测与运行监控。

团队声音：从基础研究到产业落地的系统创新

团队面向国产芯片国家重大战略需求，开展了下一代宽禁带半导体功率电子、智能感知、记忆存储及仪器制造等系列研究，取得了一系列原创性科研成果并在多家头部企业实现应用推广，为新能源汽车、智慧医疗、电力系统安全监测等领域提供关键技术支撑。团队已经累计承担国家科技部、基金委及其他各级科研项目30余项，获得省市级以上科技奖励3项，发表高水平学术论文120余篇，拥有美国/国内发明专利70余项。在各级项目支持下，团队聚焦高可靠性增强型氮化镓功率开关器件关键技术以及高端传感器芯片与仪器制造技术两个方向，继续为拥有自主知识产权的高端芯片与仪器国产替代贡献力量。