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柔性薄膜组装集成芯片传感器
硅芯片是当代信息技术的核心,当前正向“深度摩尔”(More Moore)和“超越摩尔”(More than Moore)两个方向发展。物联网(IoT)应用是“超越摩尔”技术路线中相当重要的一环,需要数量巨大的集成电路芯片来分析处理来自外部传感器件的海量信号。目前,大多数传感信号采集器件和信号处理单元均为分离设计,将在整体上产生更大功耗并占据更大的空间。由此,复旦大学材料科学系教授梅永丰课题组提出了将信号检测和分析功能集成于同一个芯片器件中的全新概念。作为演示,研究团队将单晶硅薄膜柔性光电晶体管与智能薄膜材料相结合和组装,构造了对不同环境变量进行检测和分析的柔性硅芯片传感器及其系统。这一思路不仅具有优异的可扩展性,还可与当前集成电路先进制造工艺相兼容。5月2日,相关研究结果以《面向智能数字灰尘的硅纳米薄膜光电晶体管多功能集成传感器研究》(“Silicon Nanomembrane Phototransistor Flipped with Multifunctional Sensors towards Smart Digital Dust”)为题发表在《科学进展》(Science Advances)上。研究团队从器件的传感机理入手,利用柔性薄膜组装集成芯片传感器,实现了多种环境参数探测功能的集成。图1:(A) 器件主要功能层示意图;(B) 贴附于曲面上的柔性传感器件阵列;(C) 智能传感器件功能区的光学显微照片;(D)用于湿度传感的集成系统构造图;(E) 氢气通入前后参比器件与检测器件的电流变化,红色为参比电流,蓝色为检测电流。智能材料在环境刺激中可以发生折射率、颜色、晶体结构等方面的光学性质变化,但一般需要光谱设备或比色卡才能进行比对。而翻转的硅薄膜光电晶体管由于没有栅极金属阻挡功能区域的光信号吸收,可以更容易获得高灵敏的传感特性。利用这一点,研究团队将多种智能薄膜材料贴合在器件功能区,智能材料内部物理性质变化引起了微小光学性能改变,从而表现在输出的光电流上,因此可以在同一个芯片上实现对多种不同信号的同时检测。图1A展示了传感器件典型的功能层结构,顶层的智能薄膜材料对环境刺激发生响应,进而改变下方硅单晶薄膜光电晶体管的输出信号。具有2微米厚的热氧化二氧化硅层则作为光电晶体管的封装,对下方器件进行保护。硅薄膜光电晶体管完全由晶圆级先进集成电路工艺方法制备而成,结合了传统硅基光电子器件的高性能和硅纳米薄膜超薄厚度下的优良柔性。图1B是贴附于半径仅为2毫米直径玻璃管上的柔性器件阵列,表现出良好的弯曲性能。图1C是单个器件功能区域的特写,在蓝色虚框部分集成不同智能材料即可实现对不同环境信号的检测。图1D是具有完备传感与数据处理功能的柔性系统合成图,包括传感与参比器件、逻辑与存储单元、信号放大器和电源。研究团队利用该系统实现了对环境中湿度的实时、快速检测,演示的信号为依次减小的三个湿度脉冲。整个过程中直接对环境变化做出响应的信号,即参比器件与传感器件输出电流随时间的变化如图1E中所示。当环境发生变化(如图所示通入氢气),传感器件的输出电流大幅增加,而参比电流保持平稳,再利用差分电路处理,即可给出所检测的环境参数的值。研究团队开发了将智能材料与光电传感结合的新颖传感机制,并将传感模块与后续信号处理等模块集成在一起,展示了其在气体浓度、湿度、温度等多种环境参数检测方面的能力,已经初步具备了未来的“智能数字灰尘”的雏形。该策略也可以应用于其他的数字传感系统,在后摩尔时代中将具有巨大的应用潜力。论文主要由李恭谨博士,博士研究生马喆和尤淳瑜合作完成,并获得韩国延世大学Taeyoon Lee教授和中科院微系统所狄增峰研究员的合作支持。该工作得到国家自然科学基金委、上海市科委、复旦大学和专用集成电路与系统国家重点实验室等大力支持。
复旦大学 2021-04-11
柔性薄膜组装集成芯片传感器
( (A) 器件主要功能层示意图;(B) 贴附于曲面上的柔性传感器件阵列;(C) 智能传感器件功能区的光学显微照片;(D)用于湿度传感的集成系统构造图;(E) 氢气通入前后参比器件与检测器件的电流变化,红色为参比电流,蓝色为检测电流 )
复旦大学 2021-01-12
柔性电极湿式静电除尘技术
山东大学燃煤污染物减排国家工程实验室开发的柔性电极湿式静电除尘技 术,利用静电除尘原理,采用新型耐酸碱腐蚀性优良的柔性阳极材料,整套装 置细颗粒物去除效率 83~87%,协同脱除酸雾>80%,水雾>95%,汞>70%,系 统可靠,零碱耗、零水耗、零废水、无腐蚀,适用于钙法\氨法脱硫和硫酸脱氨 尾气治理。经过以中国工程院秦裕琨院士为主任、任阵海院士为副主任的鉴定 委员会鉴定,为国内唯一拥有完全自主知识产权的湿式静电除尘技术,成果达 国际领先水平。
山东大学 2021-04-13
柔性PEDOT基新型室温热电材料
该研究在基于以往使用离子液体处理PEDOT:PSS导电聚合物所取得成果的基础上,进一步优化了材料的塞贝克系数以实现更好的热电转换效率。对于PEDOT/IL复合有机热电材料,仅靠离子液体对PEDOT:PSS的有序性优化,复合薄膜的塞贝克系数并未得到显著改善,功率因子PF提升不明显。为提高复合物薄膜的塞贝克系数,研究人员提出了使用还原剂对PEDOT:P
南方科技大学 2021-04-14
一种高速柔性标签投放装置
本发明公开了一种高速柔性标签投放装置,包括机架及安装在 机架上的标签盒机构、取标机构和送标机构,所述标签盒机构包括标 签盒,以及安装在标签盒上的直线导轨、上限位机构、下限位杆、标 签压块、标签支撑板和吹气喷嘴;所述取标机构包括旋转气缸、真空 吸盘和取标气缸;所述送标机构包括标签导向台和推标气缸。本标签 投放装置的标签盒取标口处设有吹气喷嘴结构,在取标时吹出平行气 流,破坏标签之间的真空,将标签分离,保证取标时只取一张标签。
华中科技大学 2021-04-14
一种柔性膜张力检测辊
本发明属于柔性膜卷绕输送相关设备领域,并公开了一种柔性膜张力检测辊,它包括水平联接成一体的总张力检测组件和张力分布 检测组件;所述总张力检测组件呈底座的形式,并且它的底座芯轴沿 着周向方向设置有多个应变式传感器,用于对柔性膜输送过程中总张 力的实时检测;所述张力分布检测组件呈辊筒的形式,由模块化的多 个辊单元首尾连接而成,其中各个辊单元之间通过结构设计来实现磁 性相连和依次供电,并且它的辊筒的轴向和周向分布有柔性传感器, 由此执行各个辊单元独立对应区域的张力分布检测。通过本发明,能 够以结构紧凑、便
华中科技大学 2021-04-14
JS-008柔性抗裂找平砂浆
JS-008柔性抗裂找平砂浆 本产品是采用德国进口瓦克柔性胶粉与多种精细研磨材料和无机材料复合而成的柔性抗裂找平砂浆,适用于外墙保温砂浆面层、混凝土、水泥砂浆饰面层、真石漆...
山东基舜节能建材有限公司 2021-09-03
MEMS惯性测量单元
惯性测量单元(Inertial Measurement Unit,简称IMU)是测量物体三轴姿态角(或角速度)以及加速度的装置。IMU属于捷联式惯导,该系统由两个加速度传感器与三个速度传感器(陀螺)组成,加速度计测量物体在载体坐标系统独立三轴的加速度信号,而陀螺检测载体相对于导航坐标系的角速度信号,测量物体在三维空间中的角速度和加速度,并以此解算出物体的姿态。在导航中有着很重要的应用价值。 技术指标 技术指标 单位 型号 UESTCME-1 UESTCME-2 UESTCME-3 轴数 个 3 3 3 加速度量程 ±10g ±35g ±35g 加速度精度 2.8 5.5 11 加速度灵敏度 mV/g 100±2 20±1 40±1 加速度零点稳定性 mg/hr 15 60 40 加速度温度漂移 % <2% <2% <2% 角速度量程 o/s ±150 ±300 ±300 角度精度 度 0.1 0.2 0.1 角度灵敏度 mV/o/s 6±1 6±1 25±1 角度零点漂移 o/hr 0.3 1.0 0.3 角度温度漂移 % <2% <5% <2%
电子科技大学 2021-04-10
MEMS惯性测量单元
惯性测量单元(Inertial Measurement Unit,简称IMU)是测量物体三轴姿态角(或角速度)以及加速度的装置。IMU属于捷联式惯导,该系统由两个加速度传感器与三个速度传感器(陀螺)组成,加速度计测量物体在载体坐标系统独立三轴的加速度信号,而陀螺检测载体相对于导航坐标系的角速度信号,测量物体在三维空间中的角速度和加速度,并以此解算出物体的姿态。在导航中有着很重要的应用价值。
电子科技大学 2021-04-10
水貂体型测量设备
水貂体型测量设备包括车架、貂筒、貂筒固定架、貂筒挡板、貂筒挡板控制机构、长度测量传感器、称重传感器、控制屏和电源,在平台的后端设置有貂筒固定架,在貂筒固定架的底部安装有称重传感器;貂筒挡板控制机构包括驱动元件和联动杆,在平台上设置有缝隙,在缝隙的下方设置貂筒挡板;在貂筒的前方设置有立板,长度测量传感器固定在立板上;控制屏包括触摸显示屏、启停按键、貂筒挡板动作按键、当前清零按键和控制器。本实用新型实现了水貂体长和体重的快速精确测量,减小了养殖户的劳动量。
青岛农业大学 2021-04-11
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