溫度傳感器方面介紹了通過用SiC(碳化硅)取代普通的Si(硅)材料、將工作溫度范圍提高到600℃的溫度傳感器。田中教授講解了美國加利福尼亞大學伯克利分校開發的溫度傳感器(論文序號:T3P.025),還介紹了該大學在此次學會前已在學術雜志上發表的應力傳感器。可在高溫環境下使用的傳感器能深埋在地下,用來勘探資源和地質等,還可以放在發動機燃燒室內,用來實現更高燃效的發動機。
在高溫環境下,讀取電路無法工作
田中教授指出,耐高溫傳感器實用化的關鍵在于傳感器自身的技術和從傳感器讀取信號的技術。這是因為,即使能夠在高溫(500~600℃)環境測量溫度和壓力,如果讀取數據的電路不能工作,也無法使用數據。一般來說,用SiC半導體制造耐高溫傳感器時,從數據讀取電路一方看到的傳感器電極電阻會升高。如果把讀取電路放在非高溫環境下,并利用很長的導線,那么導線的電阻便會影響傳感器信號,導致難以準確測量。
田中教授介紹了此次學會上發表的兩個方案。一個是利用機械式變頻器的方案(論文序號W4A.001),就是利用基于MEMS(微電子機械系統)加工技術制成的微小機械式開關來構成變頻器電路。由于這樣的電路不依賴于半導體特性,因此在500℃下也能工作。這個方案是美國凱斯西儲大學(CaseWesternReserveUniversity)發表的。雖然這樣的電路也可以通過SiC晶體管來實現,但目前很難使用比硅晶圓(集成電路的基板)缺陷多的SiC晶圓低成本制造晶體管。
另一個方案是使用SiC二極管整流橋,把傳感器的電阻調低(論文序號T3P.026)。雖然很難利用SiC晶圓低成本制造晶體管,但面向功率半導體的SiC二極管已經實現量產,在很多用途中都投入了實用。該方案提出,把基于二極管的電阻轉換電路設在傳感器附近,信號便可通過同軸電纜延長。該方案是日本東北大學發表的。另外,基于二極管整流橋的電阻轉換技術在40年前就已發表。
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