物联网的高速发展对具有高灵敏度、高集成度、跨环境兼容性的小型化传感器的需求日益迫切。随着众多新兴纳米材料的出现,多种材料、不同工艺在传感领域得到了广泛应用。其中,碳纳米管以其超高的比表面积、超薄的体积、低的噪声、优异的稳定性等优势在传感领域展现出巨大潜力,成为气体传感领域最有前景的材料之一。尽管如此,构建基于碳纳米管薄膜的超灵敏亚ppm量级检测下限的气体传感器仍极具挑战性。其中,氢气作为一种新型清洁能源在众多领域有着广泛应用,当前对其检测主要集中在4%爆炸极限的应用范围。然而,在深空探测、核电站安全等特种领域需要探测低至10 ppb量级的微量氢气。由于氢原子尺寸极小,无分子极性,ppb量级氢气探测难以实现。迄今为止,碳基传感器主要是基于对材料的优化和对基于电阻结构的一些器件参数改进来增强灵敏度,难以实现灵敏度、选择性、稳定性和寿命的协同优化。在本研究中,我们提出了一种碳基浮栅结构的场效应晶体管（Field-Effect Transistor,FET）型氢气传感器。该结构以碳管薄膜作为沟道材料、采用Pd纳米颗粒进行功能化修饰,利用一层高κ栅介质氧化钇（Y2O3）将沟道与敏感层隔绝开,减少了散射引入,形成了整体调控,以电容耦合的形式使在传统结构中因落在衬底上而失去调制作用的部分敏感材料也得到有效利用,显著提高了传感器灵敏度,在100 ppm浓度氢气下响应提升超过一个量级。该结构还能对沟道中的非特异性吸附位点进行屏蔽,有效防止了由于分子在碳管或衬底上重复吸附/解吸附可能导致的缺陷形成和额外掺杂中心的引入,提升了器件稳定性与选择性,选择比相对于硫化氢提升了168倍,连续工作稳定性和空气环境久置稳定性大大提升。另外,我们还基于Langmuir等温吸附理论提出了适用于碳基浮栅结构的气体吸附模型,与实验数据拟合良好。展现了浮栅结构的显著优越性。此外,我们成功在室温下对90 ppb氢气进行测定,在加温（～100℃）条件下利用底栅电压将传感器偏置在亚阈值区实现了5 ppb氢气探测,这是首次碳基氢气传感器达到核安全领域的早期泄露检测应用要求,也是目前已报道的最低氢气探测浓度。浮栅型碳基氢气传感器灵敏度的优化拓展了此类传感器的潜在应用领域,其选择性、稳定性的改善大大提升了碳基传感器的环境兼容性,其与碳基电路的兼容性让碳基传感系统的实现成为了可能,将促进具有高灵敏度、高选择性的稳定低功耗碳基气体传感器发展,对碳基传感的实用化发展有重大意义。