智慧型可攜式極低功耗氣體感測晶片與應用(I+NOSE)

生醫工程研究所     2021/07/13
低功耗奈米元件晶片(I+NOSE)與讀取電路整合成一Dongle,並將感測CO感測與氫氣擾等結果,經藍芽或type C直接與手機連結,將感測結果顯示於智慧型手機的APP上。
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  • 低功耗奈米元件晶片(I+NOSE)與讀取電路整合成一Dongle,並將感測CO感測與氫氣擾等結果,經藍芽或type C直接與手機連結,將感測結果顯示於智慧型手機的APP上。
由生醫所許鉦宗教授領軍之價創計畫,完成奈米帶元件陣列設計,個別元件在施加電壓下,可造成元件通道的低參雜區(lightly-doped region)產生元件焦耳自熱(Device-localized Joule heating)效應。因此元件在原子層沉積系統中施以電壓,便可將特定感測材料選擇性沉積在元件通道低參雜的奈米熱區上。另外、元件通道的低參雜區,也是對表面電位的變化最靈敏的區域,當目標氣體分子與感測材料反應造成的表面電位變化,將有效轉成元件的電流變化,達成感測的目的。更值得一提的是,於氣體偵測時,元件也以焦耳自熱工作,由於矽奈帶米元件的通道熱區極小,因此偵測時的功率消耗極小,這可有效節省功率消耗。與傳統MOS氣體感測器(需兩組電源)比較,本技術的每一個感測元件只需一組電源。另外,元件奈米熱區極小,能增進氣體分子的熱對流質傳(Mass transport)效率,可以使選擇性材料沉積的過程或是氣體偵測的效率都可以得到提升,偵測的響應時間(Response Time)也會縮短。

設計完成之奈米帶元件陣列,已經由新竹科學園區晶圓廠(IC Fab)完成試量產成晶片,經選擇性沉積不同氣體感測材料(Pd、PdO與SnO2)後,經由同一晶片上之濕度與溫度感測元件的校正,進行一氧化碳感測與氫氣干擾檢測。目前一氧化碳感測檢測極限可達5 ppm。最後也將低功耗奈米元件晶片(I+NOSE)與讀取電路整合成一Dongle,並將感測結果經藍芽或type C直接與手機連結,將感測結果顯示於智慧型手機的APP上(如圖一)。I+NOSE氣體感測晶片皆展現的相當的優勢,I+NOSE晶片面積是市售最小產品的八分之一,I+NOSE功率消耗則是目前市售功耗最小產品的76分之一。I+NOSE CO感測與主要市場上競爭者之特性參數比較如表二。
 
低功耗奈米元件晶片(I+NOSE)與讀取電路整合成一Dongle,並將感測CO感測與氫氣擾等結果,經藍芽或type C直接與手機連結,將感測結果顯示於智慧型手機的APP上。
 
TIPS (I+NOSE) CO感測與主要市場上競爭者之特性參數比較。
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