Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники

https://www.bsuir.by/  

Белорусский университет предлагает техническое и научное сотрудничество по совместной разработке и апробации маломощных газовых микросистем на наноструктурированной подложке для определения предельно малых концентраций токсичных и взрывоопасных газов

СТРАНА ПРОИСХОЖДЕНИЯ

Беларусь

ИДЕНТИФИКАТОР

TO3506

ОПУБЛИКОВАНО

2021-10-18

ПОСЛЕДНЕЕ ОБНОВЛЕНИЕ

2021-10-18

СРОК ДЕЙСТВИЯ

Ответственный (контактное лицо)
Кукушкина Наталия
science@bsuir.by
Аннотация
Белорусский университет разработал двухсенсорную газовую микросистему на наноструктурированной подложке из анодного оксида алюминия для контроля окружающих газовых сред.

Университет заинтересован в научном-исследовательском и техническом сотрудничестве с промышленными и научными партнерами в области совместной разработки и апробации полупроводниковых газовых микросистем.
Описание
Современные промышленно выпускаемые и разрабатываемые сенсорные устройства, используемые для контроля и мониторинга технологических газовых сред и сложных составов в ограниченном пространстве, имеют ряд конструктивных и технологических недостатков.

Среди нерешенных проблем: повышение чувствительности газовых слоев без ущерба к селективности газовых составляющих в смеси газа; повышение термомеханических свойств применяемых слоев, позволяющие работать устройствам при повышенных температурах до 500-600 °С, снижение энергопотребления до микроватного диапазона при непрерывном режиме работы.

В университете разработана двухсенсорная газовая микросистема на наноструктурированной подложке из анодного оксида алюминия, предназначенная для определения предельно малых концентраций токсичных и взрывоопасных газов.

Микросистема может использоваться в качестве чувствительного элемента систем противопожарных извещателей; в системах анализа многокомпонентных газовых сред, мониторинга окружающей среды (например, в автомобилестроении для контроля выброса CO в атмосферу), контроля рабочей среды промышленных предприятий (например, в химических лабораториях для контроля утечки токсичных газов).

Конструктивно микросистема представляет собой два кристалла из анодного оксида алюминия толщиной 55-60 мкм с порами диаметром 50 нм. На планарной стороне кристаллов сформированы по две пары платиновых информационных электродов, между которыми нанесены чувствительные слои, представляющие собой наноструктурированные металлооксидные пленки толщиной 150–400 нм. На обратной стороне кристаллов сформированы нагревательные элементы в форме меандра.

Использование нанопористого анодного оксида алюминия с повышенными механическими характеристиками, упругостью и износостойкостью в качестве пассивной диэлектрической подложки или мембраны позволяет обеспечить:
- быстродействие, малое энергопотребление, чувствительность к предельным концентрациям токсичных газов;
- избирательность к определенным типам газов в зависимости от материала и структурирования активных слоев;
- минимизированные тепловые потери за счет конструкции сенсоров;
- согласованность термомеханических свойств используемых материалов;
- одновременное формирование на одном кристалле микросистемы нескольких сенсоров различных типов при сохранении размеров однокристальной структуры, что позволяет проводить распознавание состава многокомпонентных газовых сред.

Принцип работы двухсенсорной газовой микросистемы основан на изменении электрофизических характеристик, нагретых металлооксидных чувствительных слоев при их взаимодействии с газовой средой. На одном чипе могут располагаться как сенсоры, газочувствительные слои которых работают параллельно и определяют один газ, так и сенсоры с газочувствительными слоями, работающими последовательно и определяющими газы разного состава. Сенсоры разработанной микросистемы калибруются на определенные концентрации следующих газов или их смесей: этанол, СО, Н2, С3Н8, NO2, NH3. Рабочая температура структур составляет от 200 до 450°С, потребляемая мощность - до 40 мВт.

Так, например, сенсоры, чувствительные к NO2, характеризуются уровнем энергопотребления не выше 60 мкВт, диапазоном измерения концентраций от 10-6 до 100%, рабочей температурой до 350°С; а предел чувствительности по СО ≥ 10 ppm при потребляемой мощности ≤ 10 мВт. Такие параметры практически не достигаемы для большинства выпускаемых сенсоров в РБ и за рубежом.

Университет ищет партнера для разработки новых конструкций газовых микросистем, состоящих из 16 и более сенсоров, в которых устранена проблема обработки и разделения сигналов от разных сенсоров.
Предложение направлено на установление научного-исследовательского и технического сотрудничества с промышленными и научными партнерами для проведения совместных работ по разработке и апробации полупроводниковых газовых микросистем.

В качестве партнеров рассматриваются научные организации, университеты, производства, частные компании.
Преимущества и инновации
В конструкции кристалла впервые использована нанопористая основа, изготовленная по разработанной технологии микро-машининга анодированного алюминия, не имеющая аналогов в мире. Это решило ряд технологических и конструктивных проблем тонкопленочных хеморезистивных сенсоров, и одновременно повысило их функциональные характеристики.

Преимущества:

Технические:
Газочувствительные слои, состав которых определяется типом анализируемого газа, нанесенные на нанопористую поверхность имеют в десятки раз большую эффективную поверхность, нежели на гладкой кремниевой или стеклянной поверхности, что позволило значительно повысить чувствительность сенсоров одновременно при уменьшении их геометрических размеров.
Развитая пористая поверхность значительно улучшила тепломеханические характеристики микросистемы: значительное уменьшение тепловых потерь, повышение скорости реакции и регенерации датчика, увеличение толщины нагревателя и как следствие повышение надежности работы сенсора в целом.
Структурированная поверхность подложки с одинаковыми порами позволяет наноструктурировать нанесенные на нее активные газочувствительные слои, в результате чего пленка представляет собой однородную систему равноразмерных зерен определенного состава, что позволило повысить селективность сенсоров.
Микро-машининг подложки позволил локализовать тепло в ограниченной области мембраны, значительно снизить энергопотребление до десятков микроватт, повысить быстродействие до десятков секунд и скорость регенерации до единиц минут.

Энергосбережение: электрохимический процесс анодирования потребляет мало мощности, что делает технологию энергосберегающей по сравнению с изготовлением кремниевых подложке.

Ресурсосбережение: технология использует мало вредные реактивы и слабые растворы кислот, утилизация которых не требуется.

Снижение затрат: 3D - жидкостное травление подложек из анодного оксида алюминия позволяет отказаться от закупок дорогого оборудования.
Стадия разработки
Доступно для демонстрации (TRL5,6)
Комментарий для стадии разработки
Разработана технология изготовления подложек из анодного оксида алюминия, отвечающих требованиям технологичности и механической прочности при формировании кристалла микросистемы. Разработаны варианты конструкций и технологические процессы изготовления, изготовлены и исследованы макеты микросенсорной системы.
Источник финансирования
Бюджетные средства
Состояние прав на ОИС
Получен патент
Комментарий для прав на ОИС
Исключительные права на объект интеллектуальной собственности (изобретение) принадлежат Белорусскому государственному университету информатики и радиоэлектроники.
Секторальная группа (Классификатор)
Нано- и микротехнологии

Информация о клиенте

Тип
Университет
Год основания
1964
Слова NACE
C.26.11 - Производство электронных деталей
C.26.51 - Производство инструментов и приборов для измерения, тестирования и навигации
M.72.19 - Прочие исследования и разработки в области естественных наук и инженерии
M.74.90 - Прочая профессиональная, научная и техническая деятельность, не включенная в другие категории
Годовой оборот (в евро)
1-10 млн
Опыт международного сотрудничества
Есть
Дополнительная информация
Основные направления научно-исследовательской деятельности Белорусского университета: микроэлектроника и нанотехнологии, электромагнитная совместимость, СВЧ технологии, защита информации и речевые технологии, информационные технологии, телекоммуникация. Университет имеет более 300 патентов на изобретения и сотрудничает с партнерами из более чем 70 стран мира.
Языки общения
Английский
Русский

Информация о сотрудничестве

Тип сотрудничества
Соглашение о научном сотрудничестве
Соглашение о техническом сотрудничестве
Тип и функции искомого партнера
Промышленный партнер в рамках соглашения о техническом сотрудничестве для проведения работ по опытной эксплуатации двухсенсорной газовой микросистемы в качестве чувствительного элемента систем противопожарных извещателей, в системах анализа многокомпонентных газовых сред и системах мониторинга окружающей среды. От партнера требуется оборудование и опыт для проведения опытной эксплуатации газовых микросистем.

Промышленный партнер в рамках соглашения о научном сотрудничестве для совершенствования разработанной технологии изготовления и конструкции газовой микросистемы. От партнера требуется наличие технологий и оборудования, а также опыт моделирования, конструирования и прецизионного формирования МЭМС-элементов.

Научный партнер в рамках соглашения о научном сотрудничестве для разработки новых конструкций и технологий для изготовления сенсорных микросистем с улучшенными параметрами. От партнера требуется опыт моделирования термохимических и термодинамических процессов в пористых материалах.
Тип и размер искомого партнера
251-500
МСП 51-250
МСП 11-50
МСП <= 10
Научная организация
Университет
Целевые страны
Латвия
Литва
Польша
Украина
Австрия
Бельгия
Венгрия
Германия
Дания
Испания
Италия
Китай
Россия
Количество уникальных просмотров в одной сессии: 37
Статистика ведется с 18.10.2021 10:11:02