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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
一种基于微流控芯片粒子捕获式的单粒子散射测量方法
本发明公开了一种基于微流控芯片粒子捕获式单粒子散射测量 方法,包括微流控芯片的设计制作、测量环境配置、对准、单粒子的 捕获和单粒子环境的构建以及单粒子大角度的散射分布的测定等相关 方法。与现有技术相比,由于结合了微流控芯片粒子捕获技术,克服 了单粒子的大角度散射、大动态范围内的光散射特性测量方法的不足, 实现了单粒子大角度散射分布的测量
华中科技大学 2021-04-14
磁性固定器件应用及其产业化
未来装配式建筑构件若实现工业化、标准化和智能化制造,关键环节是要求构件成型模具拆装灵活,便捷高效,可重复使用,并具通用性。高性能磁性固定器件就是为简化预制混凝土构件模具安装而设计开发的一种新型无损模具固定装置,旨在解决传统螺栓锚定对生产平台的破坏性、难拆卸、通用性差的技术难题。
南京大学 2021-04-10
新型多门控超导纳米线逻辑器件
为了追求极限性能,越来越多的电子系统需要在低温条件下工作。例如,在量子计算机、高性能传感器、深空观测以及一些经典信息处理系统中,通常使用工作温度为2K甚至是mk温区的低温器件,从而在噪声、速度和灵敏度等方面实现接近量子极限的性能。对于这一类低温系统,信号读取与处理通常采用两种方式:第一种是采用超导数字电路SFQ(单磁通量子技术)来实现高性能计算和处理;第二种是将信号传送至几十K的温区,再采用低温CMOS技术对进行信号处理。然而,不论采用何种技术路径,数字电路的功耗都必须控制在极小范围之内,从而保持极低温的工作环境,维持低温器件的高性能。随着应用需求的提高和低温阵列器件规模的扩大,低温电子系统性能受到信号处理和传输技术的制约,急切需要新的方案进行解决。 图1. (a) 采用超导纳米线结构实现的12门控或逻辑门;(b) 超导纳米线数字编码器芯片照片。针对此问题,南京大学吴培亨院士领导的超导电子学研究所团队,赵清源教授和康琳教授课题组设计出新型多门控超导纳米线逻辑器件(superconducting nanowire cryotron, nTron),并利用此器件搭建经典二进制数字编码器;在1.6K的温度下,成功实现数字信息编码,总功耗小于1微瓦(10-6瓦)。同时,他们还利用此编码器对超导纳米线单光子探测器阵列实现数字化读出,为低温阵列探测器的信号读出和处理提供第三种解决方案。图2. 超导纳米线逻辑芯片实现对单光子探测器阵列的数字化读取。半导体数字电路,经历了从电子管、晶体管、混合集成电路至大规模集成电路的发展过程。每一代技术的升级变革,其核心推力都是基础逻辑器件的更新换代。前沿技术领域对超导电子器件的应用需求,也正将超导电子技术推向数字化的发展时代。南京大学吴培亨院士团队基于超导纳米线技术,开展了新型超导逻辑器件(nTron)的研究工作。nTron为单层平面器件,利用局部超导相变,实现高速低功耗的开关逻辑。
南京大学 2021-04-11
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