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New Calibration Technik zur Verbesserung der Zuverlässigkeit und Stabilität von Microhotplate

Published on August 11, 2009 at 7:52 PM

Forscher des National Institute of Standards and Technology (NIST) haben eine neue Kalibrierung Technik, die die Zuverlässigkeit und Stabilität einer der vielseitigsten Technologien NIST, die microhotplate verbessern wird entwickelt. Der Roman NIST Gerät wird als Grundlage für die Miniatur noch hochgenaue Gassensoren, die chemischen und biologischen Kampfstoffen, Industrie-Lecks und sogar Anzeichen von außerirdischem Leben an Bord eines Planeten-Sonde erkennt entwickelt.

Die NIST microhotplate nutzt seine thermischen Wirkungsgrad in Verbindung mit einem Thermoelement an einen Selbsttest Temperatur-Sensing-System bilden. Vier microhotplates (linkes Bild) sind mit einem Streifen von Rhodium-Film (mit Pfeil markierten) Kreuzung rechts unten microhotplate gesehen. Dieser Streifen stellt einen Kontakt mit dem Platin in der microhotplate Struktur (zu sehen in der Nahaufnahme Bild rechts), um eine stabile Thermoelement zur Messung der Temperatur zu bilden. Credit: M. Afridi, NIST

Die winzigen microhotplates-nicht breiter als ein menschliches Haar-sind, um durch eine Reihe von Temperaturen programmiert. Sie können mit Metalloxid-Filme auf spezifische Gasspezies erkennen beschichtet werden. Airborne chemischen Substanzen heften, um die Oberfläche des Detektors abhängig von der Art des Films und die Temperatur der Oberfläche, die Änderung der Stromfluss durch das Gerät, das als "Signatur" dient zur Identifizierung sowohl von der Art und Konzentration des Gases in der Umgebungsluft.

Genaue microhotplate Temperaturmessungen sind entscheidend für die Diskriminierung und die Quantifizierung von Gas Arten, während zuverlässige, langfristigen Betrieb verlangt, dass die microhotplate die Temperatursensoren entweder sehr stabil oder in der Lage zu spüren, wenn sie schon getrieben werden, eine Funktionalität wie ein "bekannter eingebauten In Self Test "(BIST). Als zum ersten Mal in einem Papier in einer kommenden Ausgabe der IEEE Electron Device Letters gezeigt, erfüllt * das neue Kalibrierverfahren beide Anforderungen.

Ein Teil der Polysilizium-Heizung, aus denen die microhotplate diente ursprünglich als das Gerät die Temperatur-Sensor. Allerdings würde dieser Sensor langsam mit der Zeit aus seiner anfänglichen Kalibrierung driften. Innerhalb von drei Monaten wurden die Temperaturwerte durch so viel wie 25 Grad Celsius bei hohen Temperaturen.

Die NIST-Ingenieure überwand dieses Manko mithilfe von Daten aus zwei zusätzliche Temperatursensoren-ein sehr stabiles, Dünnschicht-Platin / Rhodium-Thermoelement in der microhotplate Struktur für einen Sensor und der thermische Wirkungsgrad der Struktur selbst für den anderen integriert. Vergleicht man die Temperaturen dieser beiden Sensoren berichtet bietet die microhotplate mit ihren internen Überwachungssystems. Solange der absolute Wert der Differenz zwischen den gemeldeten Temperaturen unterhalb eines bestimmten Schwellenwert, wird der Durchschnitt der beiden Werte als zuverlässig. Sollte die Differenz über der Schwelle, meldet das System einen Fehler.

Die ursprüngliche Polysilizium-Sensor bietet immer noch die microhotplate anfängliche Temperaturmessung, die verwendet werden, um die beiden anderen Sensoren zu kalibrieren ist. Mit der vollständigen "checks and balances"-System eingeführt, sind Temperaturmessungen mit einer Genauigkeit von 1,5 Grad Celsius.

Nach erfolgreichem Abschluss der neuen Temperatur-Kalibrierung für ihre microhotplate gezeigt, sind die NIST-Forscher auf weitere Fortschritte, die für die Technik. Als Nächstes steht die Entwicklung eines integrierten Systems zur Erfassung Kontamination der Metalloxidfilmen entscheidend für den microhotplate den Einsatz in Gas-Detektion.

* M. Afridi, C. Montgomery, E. Cooper-Balis, S. Semancik, KG Kreider und J. Geist. Analog BIST-Funktionalität für microhotplate Temperatursensoren. IEEE Electron Devices, Band 30, Nr. 9 (September 2009).

Last Update: 11. October 2011 01:56

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