德國(guó)科學(xué)家以SiGe芯片開(kāi)發(fā)低成本氣體分析儀

　　微電子技術(shù)研究機(jī)構(gòu)IHP-LeibnizInstitute以及德國(guó)航太研究中心(DLR)，合作開(kāi)發(fā)了一種尺寸小巧、具成本效益的氣體質(zhì)譜分析(gasspectroscopy)感測(cè)系統(tǒng)，運(yùn)作于245GHz頻率;而該系統(tǒng)也是全球第一套以矽鍺(SiGe)晶片制作發(fā)送與接收器的系統(tǒng)。

　　IHP-Leibniz表示，該機(jī)構(gòu)開(kāi)發(fā)了一種具成本效益的方法來(lái)制造所需的SiGe半導(dǎo)體元件──也就是整合了天線的發(fā)送器與接收器晶片，運(yùn)作頻率再238GHz~252GHz;由于那些元件是采用標(biāo)準(zhǔn)矽制程技術(shù)，可利用現(xiàn)有半導(dǎo)體設(shè)備，因此能降低生產(chǎn)成本，并為氣體感測(cè)器建立一個(gè)迄今無(wú)法達(dá)成的低價(jià)格技術(shù)基礎(chǔ)。

　　新研發(fā)的氣體感測(cè)器具備龐大的應(yīng)用潛力，包括用以偵測(cè)有毒氣體，或是運(yùn)用在半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的化學(xué)制程控制;此外該類(lèi)感測(cè)器也能應(yīng)用在醫(yī)療保健領(lǐng)域，例如藉由分析病患所呼出的氣體來(lái)協(xié)助偵測(cè)肺部疾病。

　　毫米波吸收光譜(Millimeterabsorptionspectroscopy)技術(shù)是已經(jīng)存在實(shí)驗(yàn)室的技術(shù)，應(yīng)用在分子光譜學(xué)(molecularspectroscopy)與無(wú)線天文學(xué)(radioastronomy)領(lǐng)域，判定分子的濃度;傳統(tǒng)上該技術(shù)所使用的RF發(fā)射源──蕭特基二極體與下行頻率乘法器(downstreamfrequencymultipliers)──都非常昂貴且笨重，雖然近幾年來(lái)也有一些商用毫米波頻率乘法器可做為RF發(fā)射源，體積也很小巧、但價(jià)格仍相對(duì)較高。

　　最近一個(gè)美國(guó)研究團(tuán)隊(duì)也開(kāi)發(fā)出運(yùn)作頻率在210~270GHz的氣體質(zhì)譜分析系統(tǒng)，采用商用化的毫米波元件;不過(guò)這類(lèi)系統(tǒng)的價(jià)格目前還是取決于高生產(chǎn)成本的毫米波元件。而理想化的解決方案是能利用以成熟的SiGe或CMOS制程生產(chǎn)的晶片，如此才能大幅降低系統(tǒng)成本。

　　IHP-Leibniz的研究人員所開(kāi)發(fā)之SiGe接收器與發(fā)送器晶片原型，支援238~252GHz運(yùn)作頻率，范圍雖然較窄，但研究人員強(qiáng)調(diào)這只是原型晶片，接下來(lái)將會(huì)有性能更提升的版本。該機(jī)構(gòu)展示的系統(tǒng)利用一個(gè)光學(xué)試驗(yàn)臺(tái)(opticalbench)來(lái)承載發(fā)射與接收模組，有效天線增益是經(jīng)由一個(gè)透鏡來(lái)放大;進(jìn)行氣體質(zhì)譜量測(cè)時(shí)，一個(gè)尺寸約0.6m的氣體吸收單元(gasabsorptioncell)會(huì)被放置在發(fā)送器與接收器之間。

　　接收器的IF訊號(hào)會(huì)利用一般商用實(shí)驗(yàn)室量測(cè)技術(shù)，被紀(jì)錄為發(fā)送頻率的一個(gè)函數(shù);研究人員在發(fā)送器與接收器都整合了本地振蕩器，其頻率藉由外部的PLL電路來(lái)穩(wěn)定。兩個(gè)PLL單元采用兩個(gè)具有恒定偏移的參考頻率，能在一次完整的掃描后為接收器建立一個(gè)恒定的中頻頻率，因此能根偵測(cè)到非常微小的振幅變化做為氣體吸收分析結(jié)果。