北大院士科研成果转化，从芯片到封测全自研！国产传感器公司星硕传感突破多项卡脖子技术

作为全球最大的工业制造大国，中国拥有全球最大的传感器应用市场，但国产传感器产业却并不强大——甚至十分弱小，卡脖子现象随处可见。

以气体传感器为例，据此前Yole Group的多份报告显示，在全球气体传感器市场份额中，中国主要气体传感器厂商仅占有不到10%的市场份额，其余90%市场份额均为国外传感器企业，因此每年在汽车、工业等中高端领域有大量气体传感器需要进口。

资料显示，世界上第一只半导体传感器诞生于20世纪初的英国，20世纪50年代半导体传感器技术传入日本，1968年5月，日本费加罗技术研究的创始人田口尚义发明了半导体式气体传感器。此后，欧洲人发现气体半导体传感器的不足，研究出催化传感器和电化学传感器。我国直到70年代才有相关气体传感器理论传入，80年代开始研发国产气体传感器，当时制造生产技术主要来自德国。

为突破传感器技术卡脖子难题，部分国内气体传感器公司选择弯道超车——利用更新的材料工艺开发技术指标更优异的气体传感器，在Sensor Shenzhen 2025上，记者采访了湖南星硕传感科技有限公司董事长艾亮东，星硕传感的碳基气体传感器技术是北大院士团队二十多年的研究成果转化，填补国内高端气体传感器空白，同时，我们从星硕传感身上将能窥视国产气体传感器初创企业的发展情况和产业现状。

专家档案

湖南星硕传感科技有限公司董事长艾亮东

北大院士团队20多年研究成果转化，自研全球最灵敏氢气传感器，国产气体传感器突破多项卡脖子技术！

星硕传感正式成立于2022年，其项目立项最早于2018年开始，2020年正式与北京大学电子系和纳米器件物理与化学教育部重点实验室等建立合作，2022年开始在湖南省平江县城建立生产基地，在长沙建立星硕创新研究院，目前星硕传感主要致力于气体传感器及智能模组、智能硬件、相关算法及软件平台的研发、生产与销售。

星硕传感气体传感器技术有多项亮点，其中最引人关注的，是其碳基气体传感器技术——这是中国及全球首创的新型气体传感器，星硕传感碳基气体传感器是北京大学彭练矛院士团队潜心研究二十多年基础上进行商业转化的第一个项目。

彭练矛为中国科学院院士，现任北京大学电子学院院长，北京元芯碳基集成电路研究院院长，湖南先进传感与信息技术创新研究院院长。彭练矛院士长期从事碳基电子学领域的研究，做出一系列基础性和开拓性贡献，四次担任国家“973计划”、重大科学研究计划和重点研发计划项目首席科学家。

以彭练矛院士为核心，其团队发展出一整套碳纳米管CMOS集成电路和光电器件的无掺杂制备新技术，相关创新成果极大推进了碳基集成电路的竞争力和实用化发展。

碳基晶圆是一种新型的半导体材料，它是以碳元素为基础的单质或化合物。相比于传统的硅基半导体，碳基半导体具有更高的电子迁移率，更低的能耗和更优异的高频特性，因此在未来的电子器件和集成电路领域具有巨大的应用潜力。

▲彭练矛院士

彼时，星硕传感创始团队留意到国内气体传感器的卡脖子情况，认为国产替代市场空间广阔，而彭练矛院士亦有意将多年来在碳基芯片领域的研究成果进行产业转化，双方经过接触后很快就达成了合作。

据星硕传感董事长艾亮东介绍：

“其实我们跟彭练矛院士团队合作，成立星硕传感，当时是本着解决国内气体传感器卡脖子现状的这样一种想法，推进我们国产气体传感器在全球高端市场这一块的应用。彭练矛院士团队在碳基相关的研究，已经有二十多年历史。这个碳基芯片技术如何去进行应用，也就是我们目前所讲的换赛道超车，如何在现有的这种硅基芯片的基础之上，用碳纳米管这样的一种技术去进行更高性能的芯片的开发。碳纳米管这个技术用在我们传感器领域，有高灵敏，长期稳定性、抗干扰以及微型化等优势，这种技术在国际上都是处于领先地位的。”

▲碳基芯片晶圆

基于碳基芯片技术研发的气体传感器有多领先？艾亮东称目前公司与院士团队合作研发的高灵敏碳纳米晶体管氢气传感器探测限可以达到ppb级别超低检测限，属于全球已报道最高端的氢气传感器产品。

当前，基于碳纳米晶体管的高端气体传感器，已经是星硕传感的四大核心技术之一：


基于单壁碳纳米管阵列与栅极调控结构的气体传感器，通过化学气相沉积和自组装技术构建高密度肖特基结阵列，利用功函数调制效应增强气体吸附灵敏度。研发中采用原子层沉积功能化修饰表面，结合MOSFET栅压动态调控，实现ppb级H2、NO?、NH?等气体特异性识别，响应时间<1秒。集成温度/湿度补偿算法与微型加热模块，消除环境干扰，检测下限达0.1ppm，选择性较传统传感器提升8倍，功耗低于5mW，适用于智慧城市空气质量网格化监测与工业泄漏预警系统。

据艾亮东介绍，凭借全球领先的高达ppb级别的超低检测限，目前碳基气体传感器主要应用于高端特殊场景中对气体的检测，如航空航天、高压电网、锂电热失控等。

譬如高压电网中，变压器是电力系统中不可或缺的重要电气设备之一，绝缘油在变压器中起到绝缘和冷却的作用，变压器故障早期，绝缘油会产生多种气体，其中氢气是最早产生和最易扩散的一种气体，因此高灵敏度的氢气传感器在变压器中能够通过检测氢气浓度来预知早期故障，当前电力系统中，气体传感器几乎被进口产品垄断，星硕传感碳基氢气传感器有望实现国产替代。

艾亮东透露，星硕传感碳基气体传感器在电力设备、锂电热失控等领域的应用，有望在今年下半年开始逐步实现量产：

“目前来讲，我们在油中氢（变压器绝缘油氢气检测）、锂电热失控、还有航空航天相关的对气体需要高精度检测的这种应用技术的开发，已经取得了很大的突破，也取得了不少的发明专利。在电力领域，已经同电器检测的头部企业达成合作，正在进行样品的测试，主要是算法的优化和微调，预计2025年下半年实现量产。在锂电热失控方面的应用，也同国内电池头部企业合作，正在进行测试（鉴于车规级测试认证流程较长），预计2026年达成商用。”

▲油中氢碳基氢气传感器模组

三条技术路线，四大自研核心技术，突破技术封锁，进行气体传感器国产替代的底气！

除来自彭练矛院士团队研究成果转化的碳基气体传感器外，星硕传感还有拥有片式半导体气体传感器、激光式气体传感器等技术路线，三种不同技术路线的气体传感器覆盖工业监测、智慧城市、车载应用、智能家居等场景的应用。

片式半导体气体传感器方面，有甲烷、丙烷、VOC等多种气体传感器，主要应用于智能家居、消费电子等应用场景。

激光气体传感器方面，采用激光技术实现高精度的气体检测，适用于复杂环境下的气体监测，尤其是工业、矿井甲烷浓度监控、管道燃气泄漏预警等场景。

在这些气体传感器技术上，星硕传感进行了多项技术的自研，打破国外相关技术封锁。

自研片式半导体芯片敏感材料及工艺研发

传感器技术的进步，关键在于敏感材料的研发，星硕传感片式半导体气体传感器芯片采用自研的独特敏感材料，该敏感材料对特征气体具有优良特异性，极大提高了气体传感器的灵敏度和响应时间，使气体传感器检测性能达到了国际高端水平。

同时，星硕传感独创“厚膜微覆”工艺，通过该技术将敏感材料更加均匀的微覆在贵金属的电极上，能够极大提高传感器的稳定性和可靠性。

自研片式半导体自动化封装设备与测试系统，突破国外对先进封装测试装备的技术封锁

除芯片技术、敏感材料的自研外，星硕传感亦对传感器的封装测试投入大量研发资源，据艾亮东透露，星硕传感已建设了两条半自动化和一条全自动化的封装测试产线，在封装材料、生产工艺、自动化设备上进行了多项跨学科研究，相关产线建设技术研发产生并申报的发明专利已有20+项，其中已有8项发明专利获得国家授权。产线生产的半导体传感器在一致性、稳定性、可靠性、选择性等方面已能媲美国外同类产品，具有完全的可替代性：

自主研发的片式半导体自动化封装设备采用多轴联动精密控制与自适应动态校准技术，实现±1μm级封装精度，支持微型元件、铂钨材料及异质集成焊接与封装，集成新型导热界面材料提升焊接结合性能，整机配备高柔性机械臂、机器视觉定位及智能物流模块，构建少人化产线，封装效率达960UPH。

配套测试系统搭载多维度信号采集模块，兼容数字/模拟/全参数检测，通过AI驱动的实时数据分析平台，实现封装缺陷智能诊断与工艺参数自优化。测试吞吐量提升60%，良率超99.95%，突破国外对先进封装测试装备的技术封锁。

值得关注的是，星硕传感的自动封测线具有可拓展性，可推广到全行业；比如，部分设备经改造，可应用于光伏器件产品生产。

优化高端气体传感器算法性能设计

除碳基芯片技术、敏感材料、封装测试产线等硬件设备的研发投入外，在气体传感器算法方面，星硕传感器也取得了大量的自研成果，其传感器算法具备抗干扰、自校正、高精度等特点，同时对激光、CMOS等多种传感技术进行了兼容，为后续研发更多敏感机理的气体传感器奠定基础：

高端气体传感器性能优化算法基于多源数据融合与迁移学习框架，结合动态温度补偿、自适应噪声抑制及非线性信号校正技术，突破传统单模态分析局限。通过深度学习模型提取气体浓度-响应特征关联，实现ppb级检测灵敏度与多组分交叉抗干扰；集成动态基线校正、漂移补偿及环境参数耦合分析模块，使长期稳定性提升50%，响应时间缩短至3秒内。算法兼容激光、CMOS等主流传感原理，支持工业安全与环境监测场景下的高精度、低功耗实时检测需求。

可以看到，围绕片式半导体、激光、碳基三大技术路线，通过自研片式半导体芯片敏感材料及工艺研发、自研片式半导体自动化封装设备与测试系统研发、高端气体传感器性能优化算法设计、碳纳米晶体管技术转化四大核心技术，星硕传感构建了自己的技术护城河，也是星硕传感与国内外气体传感器企业同台竞争，进行国产替代的底气所在。

气体传感器产业现状如何？哪些气体传感器领域将有较大发展机遇？内卷加剧？国产气体传感器产业发展面临这些困难！

从产业宏观数据看，贝哲斯咨询测算2024年全球气体传感器市场规模为17.2亿美元?。预计2025-2029年复合年增长率（CAGR）为8.6%-8.81%?。据此前 Yole Group 发布的《Gas and Particle sensors 2024》预计， 2023 年至 2029 年，气体和颗粒物传感器市场的增长率分别为8%和10%，到2029 年将达到 28 亿美元的总市场规模。

可见，随着人们对健康和环境认识的提升，气体传感器的全球市场增长十分可观。艾亮东认为，未来在消防安全监测、环境监测、工业过程控制、智能家居、医疗健康等方面，气体传感器将会有较大的增长空间。

以气体传感器为核心，星硕传感已形成了城市综合管廊传感器应用解决方案、新能源传感器应用解决方案、工业&矿井传感器应用解决方案、智能家居应用解决方案等多个行业应用方案，形成气体测控设备、城市生命线等多条业务线。


围绕未来人们对气体传感器需求的增长，艾亮东透露未来星硕传感的部分研发布局：

??1、智能气体传感器?：小型化、低功耗智能技术是机器人传感器的核心，适用于检测CO?、VOCs、可燃气体等； 2、?多模态传感器融合?：气体数据可能与温湿度、压力传感器结合，提升环境感知精度； 3、AI算法优化?：通过机器学习提升气体识别能力，例如呼吸分析（如丙酮检测辅助糖尿病筛查）。

艾亮东亦透露，星硕传感将加大布局海外事业，积极开拓国外市场，让中国气体传感器走出国门，赢得市场。

星硕传感作为中国气体传感器产业新兴企业，艾亮东认为我国气体传感器产业已在原材料供应、设备制造、产品销售和服务等环节形成较为完整的产业链，行业也涌现了一批具有自主知识产权和核心技术的优秀企业，产业总体上快速发展，但仍存在不少困难：


1、中高端气体传感器依赖进口，如前文所述，我国气体传感器研发开始于上世纪80年代，起步落后于欧美日先进国家，造成目前国内企业在高端气体传感器技术方面与国际领先企业相比仍存在一定差距。部分企业，如星硕传感等使用碳基芯片等新敏感材料、技术实现弯道超车，但产业化应用仍需要时间。


2、气体传感器行业标准和规范尚不完善，影响行业的健康发展。


3、物联网、大数据、人工智能等新技术应用对气体传感器提出了更高的要求，随着人们环境、健康意识的提升，促进了人们在更多的环境下使用气体传感器的需求，如何与人工智能等新技术结合，以满足更多复杂和精细化的应用需求，扩展气体传感器的应用场景，将是整个行业需要面临的难题。

4、行业内卷造成无序发展，一定程度影响行业发展。

内卷竞争是社会关注的热点之一，国家亦出台多项政策反对内卷竞争。艾亮东指出，在国内气体传感器产业，内卷竞争也同样存在，通过低价、低利润的内卷竞争，将影响气体传感器行业研究体系的健康发展，难以研发高端气体传感器，从而降低国产气体传感器的竞争力。

这里，艾亮东提到了星硕传感的两条破局之路，或许可以为行业提供参考。

提高生产效率、规模化产品降低生产成本

星硕传感拥有半导体气体传感器、激光气体传感器、碳基气体传感器等多条业务线，其中半导体、激光等气体传感器主流技术广泛应用，具备通过规模化生产逐渐降低生产成本的空间，让企业有更多的空间通过价格竞争来争夺市场份额。

因此，如上文所述，星硕传感致力于气体传感器自动化封测生产线的建设，通过智能化、自动化的生产线提高星硕传感的生产效率，从而降低成本，留出足够的利润空间，为中高端传感器产品的研发做铺垫。
提高产品差异化和技术优势

技术优势方面，碳基气体传感器是前沿传感技术，是星硕传感的高端王牌技术，在灵敏度、稳定性、响应速度等方面达到了国际领先水平，星硕传感将与院士团队持续合作，推动碳基气体传感器的产业化进程。

此外，在半导体气体传感器、激光气体传感器领域，星硕传感已通过研发新型敏感材料和优化制造工艺，推出了具有高稳定性和一致性的片式金属半导体气体传感器，通过产品差异化提高产品的市场竞争力。

内卷式竞争在中国气体传感器产业同样存在，尤其是在中低端气体传感器领域内卷更加激烈，主流产品的市场竞争不可避免，通过构建自动化产线提升主流传感器产品的生产效率从而降本增益，而在中高端传感器产品，星硕传感期望通过研发投入提高产品差异化和技术优势，构筑护城河，最终实现利润、产品、研发的良性循环。

AI在这些方面提升气体传感器企业产品研发的效率！机器人中的气体传感器市场机遇与困难并存


AI的快速发展，加速了许多行业的迭代速度，传感器作为高科技的代表之一，AI的发展已在行业中产生了较大反响。


据艾亮东介绍，星硕传感除了在流程管理、测试管理等工作中接入Deepseek等AI大模型工具提升效率外，更看中这些AI工具对气体传感器产业研发效率的提升，这里，艾亮东提到了星硕传感目前在气体传感器研发中已引入的AI应用：

AI辅助材料设计，AI大模型基于大量的材料数据，通过机器学习算法预测材料的性能，帮助研究人员快速筛选出具有潜在气体敏感特性的新型材料。例如，利用AI分析材料的晶体结构、电子性质等与气体吸附和响应相关的特性，预测哪些材料组合可能对特定气体具有高灵敏度和选择性，从而加速新型敏感材料的研发进程。

基于AI的结构优化算法，利用AI算法对气体传感器的结构进行优化设计，例如优化传感器的电极布局、敏感材料的分布等，以提高传感器的检测效率和灵敏度。通过模拟不同结构下的气体扩散和传输过程，找到最优的结构设计方案。

AI对气体传感器产业来说，是一种效率工具。而机器人产业的快速发展，对气体传感器行业来说，则是一个广阔的蓝海市场。


人拥有眼、耳、鼻、舌、身等五官，对应视觉、听觉、嗅觉、味觉、触觉等感知。

目前在人形机器人中，以摄像头、雷达等传感器为主导的视觉感知，以麦克风为主导的听觉感知，以柔性传感器为主导的触觉感知，正在实现大规模应用，但嗅觉、味觉感知的实现仍较少。

艾亮东认为，未来机器人以气体传感器为主导的嗅觉感知，将在环境安全监测、人机交互增强?、医疗健康辅助?、特种任务支持?等方面有广阔的应用场景：


工业机器人在危险环境中（如化工厂、核电站）检测有毒气体（H?S、CO），触发紧急避险动作；人形机器人通过呼出气体成分（如压力下的皮质醇）判断用户情绪，调整交互策略；医疗/护理机器人监测老人居室空气质量，预防CO中毒或缺氧风险，检测呼吸中的生物标志物（如肺癌相关的挥发性有机物VOCs）；搜救机器人?在废墟中通过气味分子（如人体呼出的丙酮）定位幸存者；农业机器人?检测土壤挥发性气体（如乙烯）以优化作物管理……

此外，对机器人气体感知的终极器件“机器鼻”，艾亮东认为行业研究在加速，可能在未来5~10年进入商业化应用阶段，目前仍存在选择性不足?（复杂环境中交叉敏感问题 ，如乙醇干扰甲醛检测）；长期稳定性（传感器漂移问题需定期校准）；成本控制（高精度传感器价格阻碍大规模商用）等困难。


结语


国产气体传感器在全球市场份额占比低，中高端气体传感器进口依赖严重，我国传感器产业起步晚是一个关键原因，气体传感器亦是我国传感器产业发展的一个典型缩影。

经过多年的发展，我国已经涌现了汉威科技、四方光电等一批优秀的气体传感器企业，通过不断的技术研发投入，在全球市场中占据一席之地。同时，以星硕传感等众多新兴气体传感器企业为代表，凭借碳基芯片技术等创新科技实现弯道超车，在中高端领域填补国产空白。

期待未来更多国产优秀传感器企业的茁壮成长，突破技术垄断，在全球市场中展现中国智造力量。