[發(fā)明專利]單片集成的石墨烯氣體探測放大芯片

有效

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• 申請日: 2020-04-20
• 公開（公告）號: CN111537571B
• 公開（公告）日: 2021-03-30
• 發(fā)明（設計）人: 程翔;徐順
• 申請（專利權）人: 廈門大學
• 主分類號: G01N27/12
• 分類號: G01N27/12
• 代理公司: 北京庚致知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 11807
• 代理人: 韓德凱;李偉波

本公開提供了一種單片集成的石墨烯氣體探測放大芯片，包括：石墨烯氣體傳感器，石墨烯氣體傳感器檢測目標氣體的濃度，并基于目標氣體的濃度生成模擬電信號；以及電路模塊，電路模塊對石墨烯氣體傳感器生成的模擬電信號進行處理；其中，石墨烯氣體傳感器和電路模塊設置在同一芯片上，石墨烯氣體傳感器包括第一石墨烯傳感器以及第二石墨烯傳感器，第一石墨烯傳感器檢測目標氣體的濃度，第二石墨烯傳感器不檢測目標氣體的濃度。

技術領域

本公開屬于氣體傳感器技術領域，本公開尤其涉及一種單片集成的石墨烯氣體探測放大芯片。

背景技術

伴隨著化石燃料等能源物質被不斷使用，導致了空氣中污染性氣體的排放量急劇增加。因此，污染性氣體例如NO2的實時監(jiān)測變得極其重要。

氣體傳感器是氣體監(jiān)測的主要工具。現有技術中，氣體傳感器的核心元件主要是金屬氧化物，這使得氣體傳感器具有工作溫度高、功耗大以及體積大等不利于單片集成的缺點。而二維層狀納米材料因良好的導電性、大的比表面積及高表面活性位點等特性在氣體傳感器中的應用潛力引起廣泛關注，其在低功耗和高靈敏度的氣體傳感平臺中具有更廣闊的發(fā)展前景，也更容易實現氣體傳感器的單片集成。

石墨烯作為二維材料，其結構的特殊性導致其具有諸如比表面積大、電子噪聲低以及電導率高等方面的特點。其中，超大的比表面積提供了大量的氣體吸附位點，極低的電子噪聲提高了氣體傳感器的檢測極限，優(yōu)異的導電性提供了良好的導電通道，有利于降低整個器件的功耗。

現有技術中，CVD法制備石墨烯的限制在于制備過程中需要約1000℃的高溫生長環(huán)境及生長過程結束后持續(xù)后續(xù)的熱處理較為繁瑣。這些限制的存在使得CVD法制備石墨烯效率并不高，且在石墨烯的圖案化生長方面也很難進行控制。

雖然，激光化學氣相沉積法(LCVD法)可以有效的避免CVD法的缺陷(LCVD法制備工藝選擇采取氣態(tài)碳源，采用CH4,H2作為碳源氣體和載氣，避免了在實驗時中引入雜質，從而有效的提高了石墨烯質量，然而LCVD法仍然無法消除溫度對于氣體傳感器的影響，同時，光照強度對于傳感器精度的影響也不可避免。

發(fā)明內容

為了解決上述技術問題中的至少一個，本公開提供了一種單片集成的石墨烯氣體探測放大芯片。

本公開的單片集成的石墨烯氣體探測放大芯片通過以下技術方案實現。

單片集成的石墨烯氣體探測放大芯片，包括：石墨烯氣體傳感器，石墨烯氣體傳感器檢測目標氣體的濃度，并基于目標氣體的濃度生成模擬電信號；以及電路模塊，電路模塊對石墨烯氣體傳感器生成的模擬電信號進行處理；其中，石墨烯氣體傳感器和電路模塊設置在同一芯片上，石墨烯氣體傳感器包括第一石墨烯傳感器以及第二石墨烯傳感器，第一石墨烯傳感器檢測目標氣體的濃度，第二石墨烯傳感器不檢測目標氣體的濃度。

根據本公開至少一個實施方式的單片集成的石墨烯氣體探測放大芯片，電路模塊包括：帶隙基準電路，帶隙基準電路為單片集成的石墨烯氣體探測放大芯片提供電壓基準；探測數據處理模塊，探測數據處理模塊對石墨烯氣體傳感器生成的模擬電信號進行放大處理；模擬數字轉換器，模擬數字轉換器將放大后的模擬電信號轉換為數字電信號；數據寄存器，數據寄存器對模擬數字轉換器輸出的數字電信號進行存儲；接口電路，通過接口電路，將數據寄存器存儲的數字電信號傳輸給單片集成的石墨烯氣體探測放大芯片之外的上位機；以及控制寄存器，控制寄存器通過接口電路接收并存儲來自單片集成的石墨烯氣體探測放大芯片之外的上位機的控制信號，控制寄存器與模擬數字轉換器、探測數據處理模塊和帶隙基準電路連接。

根據本公開至少一個實施方式的單片集成的石墨烯氣體探測放大芯片，電路模塊還包括偏置電路、內部振蕩電路以及上電復位電路，帶隙基準電路與偏置電路連接，偏置電路與內部振蕩電路連接，內部振蕩電路與上電復位電路連接。