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新加坡开发出体积更小、更便宜的新型混合磁传感器
[发布日期:2018-08-28  点击次数:363]

据外媒报道,新加坡国立大学(NUS)的研究人员已经开发出一种新型的混合磁传感器,它比大多数的商用传感器更灵敏。这一技术突破限制,开发出体积更小、更便宜的传感器技术,可应用于多种领域,如消费电子、信息及通讯技术、生物技术和汽车。

本发明是由新加坡国立大学工程学院电子与计算机工程系副教授Yang Hyunsoo领导的,于2015年九月发表在《自然通讯》杂志上。

广泛需要的高性能磁传感器

当外部磁场被施加到某些材料上,发生的电阻变化(也被称为磁阻)是由于电子被偏转。磁电阻的发现为硬盘驱动器和其他设备中使用的磁场传感器打下来基础,彻底改变了数据的存储和读取。

在寻找理想磁阻传感器的时候,研究人员非常看重对低和高磁场的高灵敏度性能、可调性,以及随温度非常小的电阻变化。

由杨副教授领导的研究小组开发的新型混合传感器终于满足了这些要求,杨副教授也和新加坡国立大学纳米科学与纳米技术研究所(NUSNNI)和新加坡国立大学理学院的先进2D材料(CA2DM)中心进行了合作。这个跨学科研究小组的其他成员包括NUSNNI和CA2DM的Kalon Gopinadhan博士、Thirumalai Venkatesan教授、NUSNNI主任;、‘英国曼彻斯特大学Andre K.Geim教授’新加坡国立大学物理系教授及CA2DM主任Antonio H.Castro Neto。

比市售的传感器灵敏200多倍

由石墨烯和氮化硼制成的新型传感器,包括几个层的载体移动通道,每一个都可以由磁场进行控制。研究人员在各种温度下、磁场的角度下,以及不同的配对材料下,对新传感器进行了表征。

Kalon博士说,“我们首先试图了解石墨烯在磁场下是如何响应的。我们发现,石墨烯和氮化硼的双层结构显示在磁场下发生非常大的反应。这样的组合可以用于磁场传感应用。

相比于通常由硅和锑化铟制成的其他现有传感器,该团队的混合传感器显示出更高的磁场灵敏度。

特别是,当在127摄氏度下(大多数电子产品操作的最高温度)测定时,研究人员观察到灵敏度的增益比先前实验室报道的结果高八倍以上,并且超过市售传感器的200倍。

这项研究的另一个突破是,发现石墨烯多层的流动性可以部分的通过调整传感器上的电压进行控制,使传感器的特性得到优化。这种控制赋予该材料优于市售传感器的特点。此外,该传感器在室温至127摄氏度的范围内表现出非常小的温度依赖性,使其成为一种适合更高温度环境的理想传感器。

满足行业需求

该磁阻传感器产业,2014年预计价值US$18亿,预计到2020年将增长到US$29亿,。石墨烯基磁阻传感器跟现有传感器相比,具有更大的前景,由于其随温度变化稳定的性能,消除了对昂贵晶片或温度校正电路的需要。石墨烯的生产成本也比硅和锑化铟低得多。

新传感器的潜在应用包括汽车工业,目前在汽车中的传感器,像流量计、位置传感器和联锁装置,主要由硅或锑化铟制成。例如,当车的空调或太阳的热量导致温度的变化,传统的传感器的属性也发生改变。为了解决这个问题,一个温度校正机构是必需的,产生额外的生产成本。然而,使用该团队的新混合传感器,对制造传感器的昂贵晶片和额外温度校正电路系统的需要可以被消除。

“我们的传感器极好的为磁阻市场的严峻挑战做好准备,通过填补现有传感器的性能缺口,并找到如热敏开关、硬盘驱动器和磁场传感器等应用。我们的技术甚至可以用于柔性应用,”杨教授副教授补充说。

该研究小组已经申请了发明专利。随着这项概念证明的研究,研究人员计划扩大其研究范围并制造工业用的工业尺寸晶圆。

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