德科学家开发低成本、小尺寸的气体感测器
发布日期：2014-06-26 浏览次数 ：882
气体分析仪器是测量气体成分的流程分析仪表。据了解，微电子技术研究机构IHP-LeibnizInstitute以及德国航太研究中心(DLR)，合作开发了一种尺寸小巧、具成本小的气体质谱分析(gasspectroscopy)感测系统，运作于245GHz频率;而该系统也是一套以矽锗(SiGe)晶片制作发送与接收器的系统。
IHP-Leibniz表示，该机构开发了一种具成本效益的方法来制造所需的SiGe半导体元件──也就是整合了天线的发送器与接收器晶片，运作频率再238GHz~252GHz;由于那些元件是采用标准矽制程技术，可利用现有半导体设备，因此能降低生产成本，并为气体感测器建立一个迄今无法达成的格技术基础。
新研发的气体感测器具备庞大的应用潜力，包括用以侦测有毒气体，或是运用在半导体产业的化学制程控制;此外该类感测器也能应用在医疗保健领域，例如藉由分析病患所呼出的气体来协助侦测肺部疾病。
毫米波吸收光谱(Millimeterabsorptionspectroscopy)技术是已经存在实验室的技术，应用在分子光谱学(molecularspectroscopy)与无线天文学(radioastronomy)领域，判定分子的浓度
;传统上该技术所使用的RF发射源──萧特基二体与下行频率乘法器(downstreamfrequencymultipliers)──都非常昂贵且笨重，虽然近几年来也有一些商用毫米波频率乘法器可做为RF发射源，体积也很小巧、但价格仍相对较高。
近一个美国研究团队也开发出运作频率在210~270GHz的气体质谱分析系统，采用商用化的毫米波元件;不过这类系统的价格目前还是取决于高生产成本的毫米波元件。而理想化的解决方案是能利用以成熟的SiGe或CMOS制程生产的晶片，如此才能大幅降低系统成本。
IHP-Leibniz的研究人员所开发之SiGe接收器与发送器晶片原型，支援238~252GHz运作频率，范围虽然较窄，但研究人员强调这只是原型晶片，接下来将会有性能更提升的版本。该机构展示的系统利用一个光学试验台(opticalbench)来承载发射与接收模组，有效天线增益是经由一个透镜来放大;进行气体质谱量测时，一个尺寸约0.6m的气体吸收单元(gasabsorptioncell)会被放置在发送器与接收器之间。接收器的IF讯号会利用一般商用实验室量测技术，被纪录为发送频率的一个函数;研究人员在发送器与接收器都整合了本地振荡器，其频率藉由外部的PLL电路来稳定。两个PLL单元采用两个具有恒定偏移的参考频率，能在一次完整的扫描后为接收器建立一个恒定的中频频率，因此能根侦测到非常微小的振幅变化做为气体吸收分析结果。
关于德国航空太空中心
德国航空太空中心（德语：Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V., DLR）是德国的航太、能源与交通运输研究机构。总部设在科隆，并有多个分支机构在德国各地。DLR和许多或的单位合作从事广泛的研究。德国航空太空中心同时也是德国的太空机构。
DLR现有约6200人，并有29个研究机构分散在全德国13个城市；在布鲁塞尔、巴黎、华盛顿特区设有办公室。DLR是ESA的主要资金贡献者。
DLR主要任务是地球与太阳系探索，以及开发保护环境的科技、通讯、交通运输与能源。主要的研究重点是航空、航太、交通运输与能源。
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