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南方科技大學研發芯片級光學式氣流傳感器
來源:麥姆斯咨詢殷飛 MEMS | 作者:雋思半導體設備部 | 發布時間: 2022-03-15 | 1136 次瀏覽 | 分享到:

氣流速度測量與分布分析在大氣環境監測、空氣動力學研究、渦輪檢測、導航控制、生物醫學工程等領域具有重要意義。目前已經開發出采用熱阻、壓阻、電阻、電容、磁致彈性以及力致發光原理的各種傳感器用于氣流檢測。然而,開發同時具有快速響應和寬測量范圍的氣流傳感器仍然存在挑戰。近些年,基于光纖的光學式氣流傳感器以其重量輕、靈敏度高、光學響應快等獨特優勢吸引了人們的廣泛關注。

基于氮化鎵(GaN)的光學和電子元件在芯片級平臺上的單片集成,已被證明可用于片上可見光通信、心率檢測以及照明和成像應用。不過,到目前為止,關于使用集成GaN基器件進行氣流檢測的報道仍然非常有限。其主要限制在于剛性生長襯底(如藍寶石和硅 HMDS涂膠機)的存在,限制了器件在氣流作用下的形變。

據麥姆斯咨詢報道,南方科技大學深港微電子學院助理教授李攜曦課題組近日在Microsystems & Nanoengineering上發表了一篇關于芯片級光學式氣流傳感器的研究成果,提出了一種集成柔性PDMS膜的新型緊湊GaN基氣流傳感器,能夠在不需要外部光耦合組件的情況下感應氣流。這種GaN芯片具有發射和探測雙重功能,通過晶圓級制造工藝在GaN/藍寶石模板上制造而成,其PDMS膜則通過低成本的液滴成型工藝制得。

GaN芯片通過光刻、蝕刻、金屬和氧化物層沉積等晶圓級微加工工藝制造而成,PDMS膜結構通過低成本的液滴成型工藝制得,由于PDMS表面的高粘性,鋁膜可以牢固地粘附在PDMS膜上。然后用PDMS凝膠粘合薄膜邊緣,加上固化處理,將PDMS膜固定在GaN芯片上。通過鋁印刷電路板(PCB氮氣烘箱)封裝建立與片上器件的電氣連接,亦即可以通過電流源對LED進行偏置,通過電流表讀出光電流信號。


南方科技大學研究團隊提出了一種GaN芯片與PDMS膜以可控和可擴展方式集成的光學式氣流傳感器。對氣流高度敏感的柔性PDMS膜可以在無需外部光學元件的情況下調節芯片發出的光,通過檢測到的光電流信號反映氣流的變化。并且,這種氣流傳感器在響應時間和可檢測范圍方面展現了優異的性能,使其適合在廣泛的實際應用中進行現場測量。

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