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高科大 開發半導體氣體感測器

提要

微結構、高靈敏、低功耗 解決高能耗、加熱不均勻、低靈敏三大痛點

本文共1158字

經濟日報 李福忠

氣體洩漏導致爆炸事故在國內外頻繁發生,以國內近期的屏東工廠爆炸、台中百貨公司爆炸,都造成重大人員傷亡及財產損失,究其主因是設備老化和維護不當,但主要還是缺乏高靈敏度的氣體感測器,無法即時預警氣體洩漏。

高科大智慧機電學院車輛工程系蕭育仁教授(左二),帶領學生團隊成功開發微機電系統(...
高科大智慧機電學院車輛工程系蕭育仁教授(左二),帶領學生團隊成功開發微機電系統(MEMS)製備的低耗能氣體感測元件。 高科大/提供

過往,氣體感(偵)測器皆為國外製造,但儘管20多年來感測技術有所發展,但因氣體洩漏而導致爆炸事故仍時有所聞,主因當前感測器有三大痛點:高能耗(體積大、妥善率差)、加熱不均勻(穩定性差)、低靈敏且響應時間長(無法即時偵測)。因此,提高感測器靈敏度,成為迫切的技術革新。

國立高雄科技大學組成計畫團隊,由智慧機電學院車輛工程系蕭育仁教授擔任計畫主持人,結合儀器科技研究中心及台灣半導體中心作為執行單位,成功透過微機電系統(Micro Electro Mechanical Systems,MEMS)製備低耗能、快速響應的氣體感測元件。尤其,隨著物聯網技術演進,半導體式微氣體感測器更加普及,且趨向小型化,可以整合至各種設備和系統中,更適用於家庭、商業及工業應用。

根據Straits Research公司市場調查數據顯示,2022年全球氣體感測器市場規模約為9.8億美元,預計2031年將會成長到17.4億美元,複合年成長率達6.6%。

高科大成功開發微機電製備的低耗能氣體感測元件,其感測晶片僅0.66mm*0.66...
高科大成功開發微機電製備的低耗能氣體感測元件,其感測晶片僅0.66mm*0.66mm。高科大/提供

高科大團隊開發全球微機電製備的低功耗&快速響應氣體感測元件,核心技術包含(1)低耗能加熱設計、(2)3D感測元件結構製造、(3)特殊感測薄膜製程、(4)老化穩定測試。團隊的技術價值主張為預防意外感測晶片(氣體感測器)面積僅0.43 mm2。

高科大運用該感測元件開發出「下世代低能耗微機電半導體氣體感測器」,具備「微結構」-降低功率,尺寸僅市售0.02倍、「高靈敏」-可即時偵測,反應時間僅市售0.18倍,靈敏度為1.88倍;「低功耗」-提供穩定性,功率僅市售的0.013倍。

該團隊運用核心技術可開發的應用領域包括有:VOC氣體感測器市場:適用於半導體設備、化工設備產業、智慧化設備產業、家電設備;H2氣體感測器市場:適用於氫氣儲存、應用設備等產業,以及未來加氫站;應變規感測器市場:適用於加工運輸、加工機設備、橋梁螺栓等。

氣體感測晶片及模組。高科大/提供 高科大/提供
氣體感測晶片及模組。高科大/提供 高科大/提供

該團隊透過計畫預計於2025年第三季成立公司,打造微機電(MEMS)晶片、IC 設計及電路製作的三合一多功能感測研發公司團隊,成為國內首家氣體感測晶片新創公司。並逐步開發不同種類的氣體感測器,預計115年將推出新氣體感測器,由驗證平台取得認證後再進行市場販售,且亦將透過募資金額來進一步實現擴展多元薄膜及量產工作,增設產線以擴大感測器產能及生產量。

當前,氣體感測器的相關產品,絕大多數為國外廠商製造,國內自主設計落地生產已是刻不容緩,因此高科大團隊成功開發的產品,將成為客戶採購國產感測器元件的唯一選項,達到進口替代之效果,成為系統模組業者提升其產品品質的最大助力。

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