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智慧型可攜式極低功耗氣體感測晶片與應用(I+-NOSE)

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智慧型可攜式極低功耗氣體感測晶片與應用(I+-NOSE)

●技術簡介:
一全新且符合IC製程的氣體感測晶片製造技術;晶片上奈米電子元件低參雜區,成長不同氣體感測材料,形成氣體感測陣列。氣體感測時,個別奈米元件以焦耳熱自熱工作,降低感測功率消耗至微瓦/元件,解決目前氣體感測器高功率消耗問題,並與智慧裝置結合。經溫、溼度與干擾氣體的自我校正,解決定量、專一性與靈敏度等問題。
●技術之科學突破性:
本技術(I+NOSE)氣體感測器的結構與其他市售產品完全不同,如圖二所示,技術初期以一氧化碳氣體作為偵測目標,並展現其特性。圖三展示I+NOSE氣體感測器與市面上主要三個競爭者MiCS-4514(SGX)、TGS-3870(Figaro)和GGS10530T(UST)比較表。
首先,I+NOSE氣體感測器是唯一能以CMOS-compatible製造的氣體偵測器晶片,這代表大部分的半導體廠皆可以進行代工,對於持續降低成本有很大助益。在5~1000 ppm 一氧化碳偵測區間,偵測響應完全呈現線性,這有利於校正。另外,傳統MOS氣體感測器對於環境溫度與濕度的變化有很大的干擾影響,因此要得到定量氣體濃度的結果,需要對於溫、溼度需進行校正,I+NOSE本身即將溫溼度與氣體感測器三種感測器,整合在同一晶片上,這對降低感測器干擾的不利因子與簡化後端市場的要求十分有利,另外其他三個市售氣體感測器則沒有這樣的功能。大部分的市售氣體感測器雖可以在不同時間偵測不同氣體,但卻無法提供連續的同時偵測多種氣氣體與辨別干擾氣體的濃度。 I+NOSE氣體感測器則是目前唯一能同時偵測兩種氣體的技術,將來還可以持續增加同時偵測氣體種類。對於不同氣體交叉干擾的補償,有些市售感測器會對於不同的氣體有著幾乎相同的響應,因此對於特定氣體進行校正補償十分困難,這部分也只有I+NOSE CO氣體感測器跟MiCS-4514有提供這樣的功能。最後比較晶片大小與消耗功率,I+NOSE氣體感測晶片皆展現的相當的優勢,I+NOSE晶片面積是市售最小產品的八分之一,I+NOSE功率消耗則是目前市售功耗最小產品的76分之一。
●技術之產業應用性:
由於許多工業氣體具有危險特性如可燃性、窒息性、腐蝕性等等,氣體感測器可偵測環境中的氣體洩漏,透過氣體感測器即時偵測,可避免危險發生;在環境偵測方面,現代人環保意識抬頭,對於空氣汙染、溫室氣體、工業廢氣等污染氣體對身體的影響愈來愈重視,因此跟隨人一起移動的可攜式氣體感裝置愈顯重要;醫檢方面,當人年紀大或生病時呼出的氣體與健康的人不同,俗稱的老人味、病人氣,如果能提供有效之陣列式氣體感測晶片,進行呼氣分析,預先進行疾病的早期預估與檢測,將讓生活品質得到提升。單純工業與環境氣體感測的應用市值,於2026年將達20億美金。
本技術經CPA Global的專利佈局分析得知,國際氣體感測大廠Sensirion的 SGP30 gas sensor,企圖整合多種金屬氧化物半導體(MOS)材料與元件在同一晶片上,不過由於感測元件的架構還是傳統的方式(如圖二),這樣的整合雖有利自我校正,但其功率消耗也將會倍數成長。STMicroelectronics則在節省讀取電路的功耗下手,試圖發展 nano-power OpAmp 以降低氣體感測時的功耗,使產品能導入穿戴裝置等低功耗應用。蘋果(Apple Inc.)則提出許多整合氣體感測到智慧裝置,其中專利US20190257803 ,更描述兩個氣體感測器如何進行校正,達成更精準的氣體偵測結果,不過由於感測元件的架構還是傳統的方式,將來因功耗問題,應該很難與手機或其他可攜式裝置整合。日本由於氫能源的政策與應用,Panasonic 則專心於氫氣洩漏的氣體偵測,但感測元件的架構還是傳統的方式,其他還原性氣體的干擾將很難避免。Bosch Sensortec 則結合Arrow, 試圖將inertial, environmental and smart sensors整合在一起,並應用於穿戴式裝置或是智慧家庭等等。從先前本案技術的描述與偵測表現與比較,本案技術剛好滿足上述公司企圖達成的各項目標。本案也因此獲得美國與中民國專利共三個專利。
本技術可持續同時偵測多種氣體,並進行不同氣體交叉干擾校正補償,可解決目前氣體感測器的定量、專一性與靈敏度等問題。加上晶片面積小,功耗極小等特性。除了可與智慧裝置結合並應用至環境氣體偵測外,未來將應用到人體呼出氣體的疾病檢測,體現AIoT智慧生活等應用。

線上展網址:
https://tievirtual.twtm.com.tw/iframe/d4f5ee57-b802-4407-b6b4-bc31bd477343?group=23bfb1fa-dd5b-4836-81a1-4a1809b1bae5&lang=tw

聯絡人

  • 姓名:陳振嘉

  • 電話:03-5712121分機54053

  • 地址:

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其他資訊

  • 展館別:未來科技館 AIoT智慧應用

  • 所屬代表參展單位:國科會

  • 主要應用領域:生活應用

位置 更多資訊

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  • 技術成熟度:試量產

  • 展示目的:商機推廣、研發成果展示

  • 流通方式:專利授權/讓與、自行洽談

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