德科學家開發低成本、小尺寸的氣體感測器
發布日期：2014-06-26 瀏覽次數 ：999
氣體分析儀器是測量氣體成分的流程分析儀表。據了解，微電子技術研究機構IHP-LeibnizInstitute以及德國航太研究中心(DLR)，合作開發了一種尺寸小巧、具成本小的氣體質譜分析(gasspectroscopy)感測系統，運作于245GHz頻率;而該系統也是一套以矽鍺(SiGe)晶片制作發送與接收器的系統。
IHP-Leibniz表示，該機構開發了一種具成本效益的方法來制造所需的SiGe半導體元件──也就是整合了天線的發送器與接收器晶片，運作頻率再238GHz~252GHz;由于那些元件是采用標準矽制程技術，可利用現有半導體設備，因此能降低生產成本，并為氣體感測器建立一個迄今無法達成的格技術基礎。
新研發的氣體感測器具備龐大的應用潛力，包括用以偵測有毒氣體，或是運用在半導體產業的化學制程控制;此外該類感測器也能應用在醫療保健領域，例如藉由分析病患所呼出的氣體來協助偵測肺部疾病。
毫米波吸收光譜(Millimeterabsorptionspectroscopy)技術是已經存在實驗室的技術，應用在分子光譜學(molecularspectroscopy)與無線天文學(radioastronomy)領域，判定分子的濃度
;傳統上該技術所使用的RF發射源──蕭特基二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發射源，體積也很小巧、但價格仍相對較高。
近一個美國研究團隊也開發出運作頻率在210~270GHz的氣體質譜分析系統，采用商用化的毫米波元件;不過這類系統的價格目前還是取決于高生產成本的毫米波元件。而理想化的解決方案是能利用以成熟的SiGe或CMOS制程生產的晶片，如此才能大幅降低系統成本。
IHP-Leibniz的研究人員所開發之SiGe接收器與發送器晶片原型，支援238~252GHz運作頻率，范圍雖然較窄，但研究人員強調這只是原型晶片，接下來將會有性能更提升的版本。該機構展示的系統利用一個光學試驗臺(opticalbench)來承載發射與接收模組，有效天線增益是經由一個透鏡來放大;進行氣體質譜量測時，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，被紀錄為發送頻率的一個函數;研究人員在發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果。
關于德國航空太空中心
德國航空太空中心（德語：Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V., DLR）是德國的航太、能源與交通運輸研究機構。總部設在科隆，并有多個分支機構在德國各地。DLR和許多或的單位合作從事廣泛的研究。德國航空太空中心同時也是德國的太空機構。
DLR現有約6200人，并有29個研究機構分散在全德國13個城市；在布魯塞爾、巴黎、華盛頓特區設有辦公室。DLR是ESA的主要資金貢獻者。
DLR主要任務是地球與太陽系探索，以及開發保護環境的科技、通訊、交通運輸與能源。主要的研究重點是航空、航太、交通運輸與能源。
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