慧闻科技董事长孙旭辉：在买不到的情况下，我国反而能做好传感器

孙旭辉教授 苏州慧闻纳米科技有限公司董事长兼首席科学家

导言 | introduction

近年来，传感器产业正处于飞速发展的黄金时期，我国传感器市场持续快速增长。物联网的未来已来，传感器的爆发期也将到来。在这一进程中，细分行业的隐形冠军和标杆人物逐渐显现，如灯塔般照亮产业发展前行之路，引领中国顶尖品牌的不断涌现，成为科技由大到强的微观象征。

围绕如何发展和进一步推动中国传感器产业在智能时代的技术创新、加速产业发展，中国传感器与物联网产业联盟借助“感知领航标杆人物评选”契机，联合感知芯视界推出“传感器国产化的进阶之路专家谈”系列报道，采访相关领域的行业领袖和专家，探寻传感器国产化之路的发展方向。

近日，感知芯视界记者对苏州慧闻纳米科技有限公司（下文简称“慧闻科技”）董事长兼首席科学家孙旭辉教授进行独家访谈。针对气体传感器技术演进方向、未来发展趋势、创新人才培养、传感器“卡脖子”破局之道和生态产业链建设等热点话题，孙旭辉道出了他对行业发展的见解。

孙旭辉毕业于清华大学后，继续进修，获得清华大学硕士学位，香港城市大学材料学博士学位和加拿大西安大略大学博士后。随后他留在美国国家宇航局工作。

2009年，孙旭辉追随博导李述汤院士一起到苏州大学创立了苏大纳米科学与技术学院。作为顶尖技术咖，孙旭辉已在SCI收录国际期刊上发表论文200余篇，他引8000余次，H-index 50。获得美国专利3项，PCT专利2项，中国专利40余项。

2014年6月，孙旭辉和他在美国宇航局的同事、还有清华的同学及苏大毕业的学生组成的科学家团队在苏州工业园区成立慧闻科技，专注于先进智能气体传感器研发生产并提供智能气体传感解决方案和人工嗅觉综合服务。2018年，慧闻在昆山建成了年产千万颗MEMS气体传感器芯片的生产线。

在访谈中，孙旭辉看好MEMS工艺的气体传感器的发展趋势和应用市场。他认为，MEMS气体传感器小体积、低功耗和智能化的发展趋势在未来会有新的应用市场需求，比如说智能家居家电、品质监测和医疗健康方面的应用将是全新的增长点。

在谈到传感器卡脖子问题时，孙旭辉坦言，其实我们国家在往往买不到传感器的情况下，我们反而能够做好传感器。“不是说我们没有这个能力，是因为我们之前没有把‘力’发在这块，没有找到突破口。因为能买得到，就不会花更大力量去研发。那现在已经意识到这个情况，加上国产化替代的趋势，给了企业很好的机会去做深度研发。”

下面让我们走进这场短暂但富有意义的采访......

以下是对话内容（有删减）：

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“气体传感器在智能家居、品质监测和医疗健康等应用是完全新的增长点。”

Q：请您介绍一下慧闻在国内首条千万级MEMS气体传感器生产线情况。

孙旭辉：我们的生产线主要是通过MEMS基板加工，然后涂覆纳米气敏材料，封装形成MEMS气体传感器芯片。具有低功耗、小体积、高灵敏度、高选择性和智能化的优点。因为体积小、功耗低的特点可以组成阵列，加上算法后可以做出一些人工嗅觉的解决方案。

我们这条线目前产能是每年1000万颗传感器，且高度自动化。如果后面市场的需求增大，我们很容易做到两三千万颗的芯片规模。

Q：请您谈谈气体传感器成本如何？慧闻有哪些降本增效的解决方案？

孙旭辉：一直以来气体传感器产业由于其涉及多学科领域，在众多传感器种类中属于技术难度大并且发展缓慢。气体传感器的工序和本身的原理以及工艺都比较多，所以相对来说，气体传感器的成本相对较高，特别是在工业安全等传统领域有一些强制性的应用，涉及到产品认证，所以整体成本比较高。

那么做MEMS传感器有一个非常好的市场前景，就是通过MEMS工艺，将传统半导体气体传感器低成本、批量化生产，大大降低传统传感器的生产成本。同时，MEMS气体传感器因为在民用、商用等新领域里的规模应用，价格也会随之下降。

Q：请您谈谈气体传感器的应用市场有多大？后续气体传感器的增长点是什么？

孙旭辉：之前我们传统的气体传感器主要应用于环境监测、工业安全和公共安全这三个传统领域。像环境监测这块，最近这几年市场也在快速增长。国外一些统计数据看，在2035年，气体传感器在环境监测领域市场可能达到38亿美金。气体传感器在环境监测、在工业环境这一块的发展趋势，也是逐渐趋向物联网的形式，特别是无线物联网的形式。

对于刚才说的气体传感器小体积、低功耗和智能化的趋势在未来会有新的应用需求，比如说智能家居家电、品质监测和医疗健康方面的应用，这是完全新的增长点。

比方说，医疗健康方面，大家可以通过呼出的气体来监测健康状况和一些疾病的早期诊断。实际上，目前科研阶段已经有很多的研究成果，下一步将逐渐进入到商品化和应用阶段。

Q：这些都是非常好的增长点，那您认为存在哪些痛点？

孙旭辉：其实痛点也是气体传感器发展的难点，因为气体传感器是多学科的交叉融合。所以在实际应用中，气体传感器的稳定性、使用寿命和选择性是目前气体传感器要解决的痛点问题。目前我们正通过不断地研发投入来解决气体传感器这些痛点问题。

Q：您刚刚提到的这几个应用领域，也是慧闻科技重点关注和布局的吗？

孙旭辉：是的，实际上新兴的市场是我们比较关注和布局的地方，我们已经在跟一些国内外大型的家电厂商合作，做一些气味相关的应用方案开发，我们也开放我们的人工嗅觉平台给广大客户去做应用开发。对于传统的气体传感器市场，我们主要是通过MEMS气体传感器的物联网解决方案进入这些领域。

Q：请问慧闻在技术上有哪些核心的竞争力优势？

孙旭辉：慧闻成立之初，就采用纳米技术和MEMS工艺结合，这也是整个半导体产业发展的方向，尤其是传感器发展方向。在传感器发展中，MEMS工艺传感器已经占了70%，所以我们在具体方面也是通过纳米技术和MEMS工艺来使得气体传感器的竞争优势更加明显突出。所以，慧闻会一直在这两方面发力和发展。

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“传感器公司发展到一定体量和规模，必然会走IDM模式。”

Q：物联网的发展离不开中传感器的助力，您认为目前智能传感领域的行业发展趋势怎样？随着5G、AI的赋能，有哪些新的变化？

孙旭辉：物联网的信息获取，第一步是必须依赖于传感器。如果没有好的传感器，数据的获取是不可靠、不准确的。在物联网的发展中，我们之前更多关心于它的后端——信息处理和信息传递。对于前端信息获取没有特别的关注，但随着物联网的发展，对于传感器的依赖和要求会越来越高。

在我国高速发展和国际局势的情况下，我们国家的传感器特别是高端传感器进口的依赖度将近占到80%。所以，智能传感器的发展对我们国家来说非常重要。国家层面也非常重视，十四五规划中科技部专门设立智能传感器专项，来推动智能传感器的发展。

新的变化就是传感器是向智能化的发展，这是一个必然趋势。具体到气体传感器是用MEMS工艺做到小型化、低功耗，加上高度集成和智能化就是传感器的发展方向。

Q：请您谈谈目前气体传感器运用的主流材料和生产工艺有哪些？未来技术上有哪些演进方向？

孙旭辉：因检测原理不一样，气体传感器种类非常多。市场上主流的气体传感器主要分成4个大类。比如说红外传感器、电化学传感器、催化燃烧传感器和现在量最大的半导体传感器。

那这4种气体传感器原理不一样，结构材料也不一样，各自特点、优缺点也非常明显。目前还没有一种气体传感器能够代替其他种类，形成“一统天下”的局面。

那这4种传感器，我觉得至少在中短期是长期共存和互相互补的。那对于气体传感器，很多企业都在用不同的先进工艺来做到小型化、微型化，因应用场景不一样，所以用的工艺路线也不一样。

目前比较主流的一个方向，特别是在人工嗅觉解决方案上面，大家比较看好的可能有两个方案，一个就是红外光谱，解决的是类似于做大型红外吸收光谱的小型化、微型化。另外一个就是仿生学原理，通过MEMS工艺做小型化、微型化的半导体传感器，然后做成阵列。

目前来说MEMS工艺做的半导体传感器，继承了半导体已有的优势，又能克服一些缺点。比如说灵敏度选择性不好，可以通过阵列来解决；功耗大，可以通过MEMS工艺降低功耗。我觉得未来MEMS传感器，特别是MEMS阵列传感器的发展是气体传感器主流的一个发展方向。

Q：一些国际传感器企业的技术基本上覆盖了整个产业链，以IDM模式运营，请问慧闻是IDM的模式吗？国内传感器企业未来的发展模式会是IDM吗？为什么？

孙旭辉：实际上目前我们还不是IDM的运营模式。国际上大的传感器企业基本上是IDM模式为主，原因是因为传感器的种类和结构非常特殊，哪怕用的都是MEMS工艺。各类传感器的工艺定制化程度高，很难说有一个代工厂可以代工所有的传感器。另外，传感器的KNOW HOW也比较多，都给代工厂代工，会有一些知识产权安全的问题。

其实，IDM模式的特点是资产太重，早期投入太高。国际大企业也不是一开始就做IDM模式，他们是在不断发展和市场积累中逐渐形成了IDM模式。所以阶段不同，模式也不同。运用传统工艺的完成制造加工的传感器企业，我们也不叫IDM模式，因为不属于半导体领域。

对于新型的MEMS传感器来说，我国绝大多数中小型传感器企业很多是代工模式。好处是我国MEMS代工厂蓬勃发展，比如中芯国际和华润微电子等在不断的投入大型MEMS代工厂，为传感器的发展提供了非常好的代工平台。

那对于传感器公司来说，发展到一定规模，其体量市场和产品种类足够到可以用自己的产线来做的时候，必然会走IDM模式，这是我的看法。

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“我们能够在中短期内实现赶超，主要还是靠创新的技术。”

Q：目前业内讨论和关注芯片“卡脖子”问题比较多，请您谈谈国内气体传感器有哪些“卡脖子”情况？原因是什么？有什么破局之道？

孙旭辉：刚才，我也提到我国对高端传感器进口依赖度将近80%。所以有很多传感器是卡脖子的，特别是一些高端传感器。

对于气体传感器来说也一样，一些高端的工业用的传感器都是进口的。特别是像电化学、红外这种高端传感器，我们都是没办法做到高性能、高质量。

你说过国内有没有这类传感器？我们是有的，但在真正高端应用上，我们自己的传感器还是不敢用。主要原因是积淀不够。比如气体传感器多学科门类的积淀和交叉融合这一块，从人才和开发经验上都比较缺乏，需要去弥补。

那现在从国家层面、企业层面也意识到这个问题：以前可以买得到传感器，那将来买不到的时候怎么办？其实我们国家在往往买不到的情况下，我们反而能够做好。不是说我们没有这个能力，是因为我们之前没有把“力”发在这块，没有找到突破口。因为能买得到，就不会花更大力量去研发。那现在已经意识到这个情况，加上国产化替代的趋势，给了企业很好的机会去做深度研发。

Q：国产气体传感器是否可以在新材料和新应用以及新组合上实现国产化或是占领技术与市场制高点。原因是什么？

孙旭辉：如果我们能够在中短期内实现赶超，或者说我们进入从落后到并跑甚至领跑的一个局面，主要还是靠创新的技术。

如果一个新技术出现，我们可以在同一起跑线上。比方说，在纳米技术和MEMS这个领域，我们实际上不比国外的厂商落后。比如像MEMS气体传感器，我们现在的技术水平跟国外已处在并跑的阶段，甚至有一些技术我们还处于领先，所以这些是我们的一个机会。

对于传统的高端传感器来说，我们可能更多的是要有耐心。全世界巨大的市场在中国，国外的一些技术还需要在我们这个巨大市场上去应用。那在这个过程中，我们更多的是去吸收、学习国外的一些先进技术。在一些传统传感器的落后领域，通过长时间的积淀、积累，最后实现赶超。

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“各地推进传感器产业建设，要有所为有所不为。”

Q：我们了解到高校和研究机构往往以发表论文为评判指标，作为学术界的专家和产业界的行业领袖，请您谈谈这是否影响到学术界和产业界的紧密合作？

孙旭辉：当然会，因为指标评价标准就是一个指挥棒。但目前来看，从国家层面到学校、科研所已慢慢改善这个情况，不以论文为评判标准。习主席也曾说要把科研成果写在祖国的大地上，这是个很强的趋势。我们高校已开始开展多种评价体系，鼓励并实行多种措施来实现科研成果转化，建立良好的渠道。

Q：您认为企业应该是扮演怎样的角色和校方共同去推动传感器产业发展？

孙旭辉：企业其实是由市场和利益驱动。所以在企业这块，实际更多是看到了科技给企业的赋能和带来的利润。这点如果形成趋势后，企业对于技术的追求必然成为一个主要的驱动力。特别是现在的科创板，加上北交所成立之后，对企业来说，他觉得科技含量和研发能力可以直接给他带来效益和利润。

另外是对于市场，国家在鼓励转型，低科技、高能耗的产业慢慢淘汰，那这时候企业就要追求高科技引领产业方向。所以这两块形成合力以后，将来企业对于技术追求、科研能力培养以及产业聚集是一个比较大和不可逆转的趋势。

Q：全国很多地方都在推进传感器产业建设。从企业需求产业发展来看，请您对国内各地在打造传感器和物联网产业链与生态建设提出建议。

孙旭辉：这是好事。从地方政府重视传感器的发展，可以看到传感器这个产业的市场前景。实际上，这些都有非常好的市场驱动因素在里边，有利于我国传感器的发展。

但是，各地政府在推进传感器产业建设时不能一窝蜂而上，这种情况最后会伤害到产业的发展。其实，我们国家现在传感器行业总体来说处在早期。从市场高度依赖进口可以看出，我国特别优质的传感器企业，还没有那么多。

各地都在推进传感器产业的时候，应该首先看到区域优势、产业优势以及后端的市场优势，综合定义自身传感器产业的一个方向或领域。要有所为有所不为。

进一步说要有选择性。不能只要是传感器企业，就落户到产业园，不要把传感器产业做成一个地产。要真正结合地域优势，比如劳动力优势、加工优势或市场优势，有选择性的打造一个门类或者几个种类结合的传感器产业链生态。

结语

未来，感知芯视界将陆续推出更多智能传感领域的人物专访，敬请关注。如果您也想和更多的专家、企业领袖讨论智能传感的技术、现状、趋势等议题，欢迎后台留言，我们将选取部分热门话题与多位行业人物进行多元化探讨。

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