國研院開發智慧型氣體感測晶片 監測環境安全

國研院開發智慧型氣體感測晶片 監測環境安全

為準確偵測氣體流量與種類,目前市面上的氣體感測器體積都偏大。近幾年出現的半導體氣體感測器雛形,大小雖可縮小到1公分以下,但對於攜帶式(如智慧型手機)或穿戴式(如智慧型手錶)產品而言,仍嫌太大,且無法和智慧型手機或手錶的晶片整合,又有耗電量大、無法精準辨識氣體的缺點。

國研院奈米中心與光寶科技光機電整合技術合作,花費近2年時間,開發出可應用於環境的物聯網晶片「智慧型氣體感測晶片」。該晶片是以「金屬氧化物半導體材料」作為氣體感測薄膜,透過不同金屬氧化物與氣體在特定高溫下的氧化反應及還原反應,藉由感測薄膜與電子之間的抓放過程,改變薄膜的電阻,以偵測氣體種類與濃度。

「智慧型氣體感測晶片」有兩大技術特點:一、運用獨特的奈米粒子和奈米孔洞技術製作感測薄膜,可增加表面積、提高反應靈敏度,藉由不同金屬奈米粒子的特性,感測特定氣體而提高專一辨識能力。二、開發出特殊之「低應力介電層」,提升隔熱效果,將感測薄膜所需之250度高溫侷限於極小範圍內,如此可以縮減晶片體積,而不致讓不耐高溫之部分造成損壞。

藉由這兩項技術特點,國研院奈米中心開發出體積僅3毫米x 2.35毫米x 1毫米的「智慧型氣體感測晶片」,具有微型化、低耗能、可整合於智慧型手機或手錶、可精準辨識氣體等優點,讓「人人隨身攜帶氣體感測器」成為可能。若未來所有氣體感測器的資料均即時上傳雲端,政府相關單位可即時監測各地環境品質,避免類似高雄氣爆的事件再度發生,或至少可大幅降低傷亡人數。

近年來個人物聯網或穿戴式裝置使用的各式感測器,已逐漸應用於消費性電子、智慧住宅、保全監控、健康照護、交通運輸、百貨零售,以及警急救難等領域。國研院奈米中心已成功開發出一氧化碳、二氧化碳、甲醛及揮發性有機化合物的「智慧型氣體感測晶片」,未來除持續開發更多類型的氣體感測晶片外,並將進一步推進到工業級及人體照護級的複合式氣體感測需求。

國研院奈米中心並將建置一開放式製程技術服務平台,讓國內產學研究團隊可以進行物聯網晶片所需之系統整合工作,以繼續協助推動國內物聯網穿戴式產品與生產力4.0所需之感測技術發展。

資料提供:國家實驗研究院


 

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