En chip til at måle vakuum

Støvsugere er en vital del af de processer - såsom frysetørring - der bruges til at fremstille og konservere utallige hverdagsting og skal måles med præcision. En EPFL-spin-off, Hexisense, bringer en galliumnitrid-baseret chip på markedet, der kan måle mængden af ​​visse gasmolekyler billigt og med uovertruffen præcision.

Hvad gør et spejl, en kop yoghurt, har et elbilbatteri og en LED-pære til fælles? Deres produktionsprocesser kræver alle et vakuum, altså et miljø, hvori gasmolekyler fjernes. Som regel, når den sidste dråbe er hældt fra en flaske, flasken anses for tom. Fysisk, imidlertid, den forbliver fuld af gas. Når et vakuum er påkrævet, sugepumper efterlader en varierende mængde gas afhængigt af den anvendte proces. Et vakuum vurderes derfor på baggrund af det tryk, der udøves af antallet af molekyler, der er tilbage i beholderen. Denne måling er afgørende for producenter - og en EPFL-spin-off forbereder sig på at bringe en lille chip på markedet, der kan gøre deres liv lettere.

Et ideelt værktøj til frysetørring

Lad os tage frysetørring som eksempel. Dette er en teknik til konservering af mad, der bevarer dens farve og tekstur og de fleste af dens ernæringsmæssige kvaliteter og smag. Det bruges ofte til forskning og produktion af fødevarer og medicin, og er meget energikrævende og tidskrævende. Ting tørres i vakuum, og den største anstødssten er, at der ikke er nogen billig måde at bestemme det nøjagtige tidspunkt, hvor processen kan stoppes. Det betyder, at maskineriet udfører mere arbejde end nødvendigt. Sensoren udviklet af EPFL's Laboratory of Advanced Semiconductors for Photonics and Electronics kunne overvinde denne ulempe ved at angive den resterende mængde vanddamp i realtid.

Vakuumsystemer indeholder forskellige restgasser:nitrogen, ilt, argon, brint, vanddamp osv. For at måle dem, producenterne har i øjeblikket to muligheder. Den billige involverer forskellige metoder til at måle det samlede tryk af alle disse gasser på basis af parametre som deformation, forskydning og varme. Den anden, massespektrometri, skelner mellem gasserne, men kan ikke bruges i alle systemer, fordi udstyret er dyrt. Den lille 0,4 cm ² chip udviklet og snart markedsført af EPFL spin-off har til formål at tilbyde en overkommelig måde at måle individuelle gasser på i alle vakuumsystemer.

Brug af lys til at løsne gasmolekyler

Minisensoren udnytter to fysiske egenskaber ved sin hovedkomponent, galliumnitrid:dets reaktivitet over for lys og dets status som halvleder. I en vakuumbeholder, når gasmolekyler bliver færre, de bevæger sig mod væggene og holder sig der. Galliumnitrid, når de udsættes for en lyskilde, frastøder visse gasmolekyler, som ilt. Så en LED er placeret på chippen, som løsner molekyler fra væggene. Når lyset slukkes, galliumnitrids halvlederegenskaber gør det muligt for chippen at måle, hvor hurtigt gasmolekyler vender tilbage til væggene. Specifikke algoritmer analyserer derefter antallet af molekyler på overfladen sammen med partialtrykket af hver gas. Disse små chips kan prale af fremragende effektivitet:f.eks. de kan detektere oxygen i nitrogen ved en koncentration på mindre end 0,5 %.

En alsidig chip, der er varme- og stødbestandig

Disse universalchips er varmebestandige op til 250°C og indeholder ingen mikroelektromekaniske systemer, hvilket betyder, at de kan modstå mekaniske vibrationer og stød. Ud over, i modsætning til lavtryks ioniseringsbaserede vakuummålere, disse sensorer producerer ikke ioniserede partikler eller magnetiske felter, der kan påvirke bestemt teknisk udstyr. Disse fordele betyder, at den nye generation af chips er meget alsidige, gør livet lettere for deres brugere, fordi alt, de skal gøre, er at placere chipsene i deres tryksystemer for at få de data, de har brug for.

Produktion i gang

De to opfindere, Ian Rousseau og Pirouz Sohi, støttet af forskellige opstartsprogrammer såsom Bridge – den fælles accelerator oprettet af Swiss National Science Foundation og Innosuisse – EPFL Innogrant, Aktiver og Venture Kick, begynder nu at producere disse chips. Hexisense, det resulterende spin-off selskab, har til formål at udvikle og producere sensorerne kommercielt, fra design til karakterisering, produktion og pakning.