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拓扑与电路
★ 5.0
基于绝缘体上硅的伪逆变器用于高灵敏度NO₂和NH₃气体检测
Pseudo-Inverter Based on Silicon-on-Insulator for Highly Sensitive NO₂ and NH₃ Gas Detection
| 作者 | Sherzod Khaydarov · Haihua Wang · Wei Zhang · Peng Zhou · Sorin Cristoloveanu · Yu-Long Jiang |
| 期刊 | IEEE Transactions on Electron Devices |
| 出版日期 | 2025年9月 |
| 技术分类 | 拓扑与电路 |
| 相关度评分 | ★★★★★ 5.0 / 5.0 |
| 关键词 | SOI衬底 伪逆变器 伪MOS 气体检测 灵敏度 |
语言:
中文摘要
本研究探讨了基于绝缘体上硅（SOI）衬底的伪反相器（Ψ - 反相器）和伪 MOS（Ψ - MOS）在 NO₂ 和 NH₃ 气体检测中的应用。实验结果表明，具有高内部增益特性的 Ψ - 反相器，在针对两种目标气体的不同沟道厚度条件下，与 Ψ - MOS 器件相比，始终表现出更优异的灵敏度。在 1 ppm 浓度下，Ψ - 反相器对 NO₂ 和 NH₃ 的灵敏度分别达到了 1248% 和 83.9%，分别是 Ψ - MOS 灵敏度的 102.5 倍和 19.7 倍。此外，Ψ - 反相器结构具有直接输出电压信号的优势，便于实际应用。
English Abstract
This study investigates the application of silicon-on-insulator (SOI) substrate-based pseudo-inverter ( -inverter) and pseudo-MOS ( -MOS) for NO2 and NH3 gas detection. Experimental results demonstrate that -inverter, characterized by high internal gain, consistently exhibits superior sensitivity compared to the -MOS device across various channel thicknesses for both target gases. At 1-ppm concentration, -inverter achieved remarkable sensitivities of 1248% and 83.9% for NO2 and NH3, respectively, surpassing -MOS sensitivity by factors of 102.5 and 19.7. In addition, -inverter configuration offers the advantage of direct voltage signal output, facilitating practical implementation.
S
SunView 深度解读
从阳光电源的业务视角来看，这项基于SOI基板的伪逆变器气体检测技术具有重要的潜在应用价值。在光伏电站、储能系统及氢能设施的运维管理中，环境气体监测是保障设备安全和人员健康的关键环节。
该技术对NO₂和NH₃的高灵敏度检测能力（1 ppm浓度下分别达到1248%和83.9%的灵敏度）可为我司多个业务场景提供技术支撑。在大型光伏电站中，逆变器等电力电子设备在异常工作时可能产生局部过热和气体释放，实时监测NO₂等氧化性气体有助于预警设备故障。在储能系统特别是电化学储能领域，NH₃作为电池热失控的早期标志物，超高灵敏度检测可显著提升安全预警能力。更重要的是，在我司布局的氢能业务中，NH₃作为储氢载体或燃料电池系统中的潜在泄漏物质，其精确监测对系统安全至关重要。
该技术的突出优势在于伪逆变器架构具有高内部增益和直接电压信号输出特性，这与我司在电力电子领域的技术积累高度契合，便于集成到现有的智能监控系统中。然而，需要关注的技术挑战包括：SOI器件在高温、高湿等复杂环境下的长期稳定性，多种气体交叉干扰的选择性问题，以及从实验室原型到工业级产品的成本控制和批量制造能力。
建议我司技术团队跟踪该技术的工程化进展，评估在智能运维系统中的集成可行性，特别是在氢能安全监测和储能热管理等高附加值应用场景中的先行试点机会。