《MEMS 紅外氣體感測器關鍵晶片與系統集成研究》是依託復旦大學，由紀新明擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：MEMS 紅外氣體感測器關鍵晶片與系統集成研究
- 依託單位：復旦大學
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：紀新明
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
本項目探索發展一種高度集成化的MEMS紅外氣體感測器集成系統。該系統以高耦合、低損耗傳輸特性的中紅外空心光纖為吸收腔，將窄帶電調製MEMS紅外輻射源、光子晶體熱釋電紅外探測器，低功耗多通道專用SOC系統處理晶片，通過MEMS系統集成技術，封裝在體積僅為十幾立方厘米帶有多次反射結構的TO封裝體內。重點研究光子晶體結構的熱釋電紅外探測器，嘗試利用光子晶體的光子頻率禁帶特性，實現對特定波段光輻射的全反射，得到熱絕緣襯底導熱率趨於O的光子晶體支撐結構。通過新技術的嘗試，提高探測靈敏度，突破傳統熱釋電探測器探測效率低的難點。同時，專注於專用低功耗多通道紅外氣體分析專用SOC集成晶片的研究，通過SOC技術進一步降低系統噪聲，實現對微弱信號的低功耗高靈敏檢測。 該微感測器集成系統具有體積小、集成度高、功耗低、回響快和價格低等優點，具有很大的技術拓展天地和巨大的套用市場，是典型的系統集成創新。
結題摘要
針對傳統的化學、電化學、光譜等技術的環境監測儀器存在體積大、使用條件受限、靈敏度低、檢測指標單一、不能現場實時、快速直觀和多參數監測等問題，本項目以CO、CO2、CH4等有毒有害氣體為具體監測對象，利用先進的MEMS和IC集成技術，研究高集成度的MEMS化紅外氣體感測器系統。該微感測器集成系統具有體積小、集成度高、功耗低、回響快和價格低等優點，具有很大的技術拓展天地和巨大的套用市場，是典型的系統集成創新。 系統以高耦合、低損耗傳輸特性的中紅外空心光纖為吸收腔，將窄帶電調製MEMS紅外輻射源、光子晶體熱釋電紅外探測器，低功耗多通道專用SOC系統處理晶片，通過MEMS系統集成技術，封裝成SIP核心探測模組。該系統突破了光子晶體紅外輻射源和紅外陣列探測器結構設計和MEMS製作、一體化系統集成、微弱信號採集處理等關鍵技術，實現紅外輻射源100Hz的調製頻率，小於0.35μm 的FWHM （半高全寬）；通過對小尺寸光柵器件的製作工藝的摸索，獲得了較好的工藝參數。成功製備出周期為6μm，8μm，10μm，16μm，24μm 和 36μm光柵結構器件，其對紅外光的吸收效率均高於等面積的非光柵結構器件，證明光柵結構可以提高器件對紅外光的吸收效率；採用0.35umCMOS工藝設計研製了3通道專用低功耗多通道紅外氣體分析專用SOC集成晶片，實現感測器微弱信號接收、放大、調理電路，A/D轉化，通過SOC技術進一步降低系統噪聲，實現對微弱信號的低功耗高靈敏檢測。最後，完成紅外探測器陣列及MEMS紅外光源嵌入式探測功能模組的研製，利用所研製的嵌入式多氣體檢測系統，準確實現氣體的定性定量分析等功能，實現對CO2、CO和氟利昂氣體的測試驗證，測試精度與測試回響時間分別達到±3 F.S與30秒以內，檢測限達到1ppm，滿足指標要求。 項目的研究成果可提升關鍵部件的自主化水平，打破國外關於此類產品的技術壁壘，開發出可產品化的新型感測器晶片。
