总部位于爱尔兰的专门从事传感器与混合信号CMOS设计的新创公司ChipSensors日前宣布,已研发出了一项新技术能让IC表面感测温度、湿度、病原体以及某些特定气体。该嵌入式传感器技术置于一种传统制造工艺的复杂CMOS IC之上,可以用来创建微型但通用的工业、科研和医疗用传感器,并可通过该IC实现微控制器与无线发射器功能,把所收集到的数据发送到芯片外。
该项技术的核心在于标准亚微米CMOS工艺中所采用的低k值电介质材料。这种材料的多孔性使其能够选择性地接受或阻隔被感测物质的渗入,从而实现电容性传感器的工作原理。
一般情况下,IC的表面经过了钝化处理,因此不会受到周围环境的影响。类似地,通过表面处理后,低k值材料的孔隙通常是关闭的。但ChipSensors声称,若把经特别处理过的特定区域暴露在周围环境中,就可以通过片上电路来检测和测量由环境引起的电气特性。
人们一般会认为湿气的侵入会影响IC的长期可靠性,但ChipSensors首席执行官Tim Cummins却挑战这一观点,坚称如今的低k值电介质不会有泡胀倾向。他解释道:“我们可以选择性地打开芯片的部分表面。通常我们只使用多层互连最上面的蚀刻终止层。该层能够防止埋层受到影响。”利用该公司自行开发的一种18位sigma-delta A/D转换器,可以测量由于湿度或气体渗入造成的介电常数变化。
这种传感器技术可以用作常规芯片生产之后的一个单独的工艺步骤,或者是作为测量芯片表面经过处理的电介质边缘电容的一种方法,Cummins表示。ChipSensors公司建议利用电路内置的加热元件来去除湿气,并把多孔电介质还原到其初始状态,已备复用。
Cummins提到该技术将采用多家供应商提供的CVD和旋涂式电介质,并表示对此很有信心。“我们已与台联电(UMC)合作,通过Europractice多项目晶圆(MPW)服务,在没有使用任何特殊步骤的情况下生产出了0.18微米的CMOS原型芯片。”他告知。此外,ChipSensors还吸引了一家提供0.13微米器件的美国公司的注意。但Cummins只透露这位合作伙伴是“一家微控制器公司”。
虽然这项技术似乎可以轻松地开发出单芯片无线传感器,但ChipSensors目前的演示板仍包含了一个基于芯片的传感器和一个与笔记本电脑连接以显示实时测量数据的片外无线链路。
该技术可以作为电机温度调节器和湿度调节器的一种全电子化替代者,而且,它还被证实能有效地监控处理器及其它复杂芯片的行为,并反馈结果以帮助他们控制自己的性能和功耗。
另外,ChipSensors也在开发该技术的超低功率无线版本,以便整合进无源和有源ID标签。
迄今为止,这家新创公司还没有产品推向市场,但有望在明年第一季度推出没有集成无线电和微控制器的芯片传感器。
作者:蔡培德
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