國外研究發現微型自供電溫度傳感器晶片可用於高靈敏熱電偶設計

2020-12-24 RFID世界網

　　4月15日消息，據外媒報導，來自牛津大學、代爾夫特大學和IBM蘇黎世的一組研究人員證明，石墨烯可用於構建靈敏且自供電的溫度傳感器。這一發現為高度敏感的熱電偶的設計鋪平了道路，該熱電偶可以集成在納米器件甚至活細胞中。

研究人員製造出微型自供電溫度傳感器

　　熱電偶是低成本測溫的理想選擇，因為它們是自供電的，相對容易製造。同時，它們的靈敏度往往變化很小，因為它們的信號來源於固有的材料特性。通常，熱電偶是兩種具有不同Seebeck係數的材料的組合，連接在傳感端，從而可以測量在傳感和參考之間建立的與溫度差成比例的熱電壓。為了用常規熱電偶實現片上測溫，通常需要兩個獨立的製造過程。然而，可以很容易地集成到當前晶圓級集成中的熱電偶已經引起了人們的興趣，此前報導了多方面的努力來製造單金屬熱電偶。然而，這些熱電偶的靈敏度很小（約為1μV/K），佔地面積大，厚度約為100納米。

　　來自牛津大學、代爾夫特大學和IBM蘇黎世大學的研究人員團隊現已證明，石墨烯可用於構建敏感的、單材料和自供電的溫度傳感器。他們將石墨烯（一個單原子厚的碳原子薄片）做成了U形圖案，在傳感端連接著一條寬窄的腿。通過仔細調整石墨烯支腳的幾何形狀並利用電子在石墨烯器件邊緣的散射效應，研究小組獲得了最大靈敏度ΔS≈39μV/ K。

　　據研究人員介紹，這項研究結果可能為高靈敏度熱電偶的設計鋪平道路，並有可能集成在範德華結構和未來的石墨烯電路中。此外，由於石墨烯的生物惰性和在各種情況下的穩定性，這些熱電偶還可以在惡劣或敏感的環境（例如細胞和其他生物系統）中用作溫度傳感器。

　　同時，該溫度傳感器晶片具有可擴展性、可靠性，可安裝到納米設備中，將是未來CPU熱管理的關鍵。通過沿臨界點分布的溫度監視器來確定CPU的某些部分的局部加熱，可以向控制系統提供反饋。作為響應，熱管理可以允許通過點冷或負載分配（（例如在不同的計算核心之間）進行熱負載的重新分配，從而避免熱點、延長設備壽命並節約能源。這樣的溫度傳感器應具有較小的佔地面積、高精度、消耗最少的功率並且與已建立的納米製造技術兼容。

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