Ученые A*STAR разработали высокочувствительный MEMS-детектор на основе скандия для определения CO2

На прошедшей 25 января 2021 года 34-й международной конференции IEEE по микроэлектромеханическим системам (MEMS) группа исследователей из Института микроэлектроники (IME) при Агентстве по науке, технологии и исследованиям Сингапура (A*STAR) представила прорывную разработку в области газоанализаторов. Ученые создали прототип пироэлектрического детектора на микрочипе, способного эффективно обнаруживать углекислый газ (CO2).

Ключевой особенностью нового датчика стало использование в качестве чувствительного материала нитрида алюминия-скандия (ScAlN) с 12% содержанием скандия. Тонкопленочный слой этого материала, на который сверху нанесены диэлектрические слои-поглотители, позволяет детектору эффективно улавливать инфракрасное излучение на характерной для CO2 длине волны 4.26 мкм. Измерения показали, что обнаружительная способность (D*) устройства достигает 1.87 x 10⁷ см·Гц¹/²/Вт на частоте 13 Гц.

Тестирование проводилось в паре с MEMS-термоизлучателем, работающим в импульсном режиме, что имитирует условия работы реального оптического газоанализатора (NDIR). Такой подход позволяет создавать сверхкомпактные и энергоэффективные сенсоры, которые могут быть интегрированы непосредственно в мобильные устройства или элементы систем «умного дома» для мониторинга качества воздуха.

«Использование легированного скандием нитрида алюминия позволило значительно повысить пироэлектрический коэффициент по сравнению с традиционными материалами, оставаясь при этом совместимым с комплементарной технологией производства микросхем (CMOS), — пояснили авторы разработки. — Это открывает путь к созданию недорогих, массовых датчиков CO2, которые могут найти применение в автомобильных системах вентиляции, промышленной безопасности и персональных носимых устройствах».

Дальнейшие исследования будут направлены на оптимизацию структуры поглотителя и интеграцию считывающей электроники на одном кристалле.