德國科學(xué)家以SiGe芯片開發(fā)低成本氣體分析儀
微電子技術(shù)研究機構(gòu)IHP-LeibnizInstitute以及德國航太研究中心(DLR),合作開發(fā)了一種尺寸小巧、具成本效益的氣體質(zhì)譜分析(gasspectroscopy)感測系統(tǒng),運作于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)。
本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/248643.htmIHP-Leibniz表示,該機構(gòu)開發(fā)了一種具成本效益的方法來制造所需的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,并為氣體感測器建立一個迄今無法達(dá)成的低價格技術(shù)基礎(chǔ)。
新研發(fā)的氣體感測器具備龐大的應(yīng)用潛力,包括用以偵測有毒氣體,或是運用在半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的化學(xué)制程控制;此外該類感測器也能應(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協(xié)助偵測肺部疾病。
IHP-Leibniz開發(fā)小尺寸、低成本的氣體質(zhì)譜分析系統(tǒng)
毫米波吸收光譜(Millimeterabsorptionspectroscopy)技術(shù)是已經(jīng)存在實驗室的技術(shù),應(yīng)用在分子光譜學(xué)(molecularspectroscopy)與無線天文學(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、但價格仍相對較高。
最近一個美國研究團隊也開發(fā)出運作頻率在210~270GHz的氣體質(zhì)譜分析系統(tǒng),采用商用化的毫米波元件;不過這類系統(tǒng)的價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的研究人員所開發(fā)之SiGe接收器與發(fā)送器晶片原型,支援238~252GHz運作頻率,范圍雖然較窄,但研究人員強調(diào)這只是原型晶片,接下來將會有性能更提升的版本。該機構(gòu)展示的系統(tǒng)利用一個光學(xué)試驗臺(opticalbench)來承載發(fā)射與接收模組,有效天線增益是經(jīng)由一個透鏡來放大;進(jìn)行氣體質(zhì)譜量測時,一個尺寸約0.6m的氣體吸收單元(gasabsorptioncell)會被放置在發(fā)送器與接收器之間。
接收器的IF訊號會利用一般商用實驗室量測技術(shù),被紀(jì)錄為發(fā)送頻率的一個函數(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電路來穩(wěn)定。兩個PLL單元采用兩個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恒定的中頻頻率,因此能根偵測到非常微小的振幅變化做為氣體吸收分析結(jié)果。
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