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原文传递一种基于量子点的电子鼻芯片及其设计方法

专利名称：	一种基于量子点的电子鼻芯片及其设计方法
摘要：	本发明属于半导体器件与集成系统技术领域，具体公开了一种基于量子点的电子鼻芯片及其设计方法，其中设计方法包括以下步骤：(1)电子鼻芯片上气体传感器阵列的设计：(1‑1)以量子点材料作为嗅觉受体材料，设计量子点气体传感器单元，设计得到在衬底上的电阻型或场效应晶体管型传感器单元；(1‑2)基于量子点气体传感器单元设计采用MEMS或TFT器件结构的量子点传感器阵列；(2)设计信号处理单元与微控制单元。本发明使用量子点材料作为嗅觉受体材料，设计并制备微纳气体传感器，结合MEMS和TFT器件结构得到传感器阵列，并在芯片上集成包含模式识别算法的MCU和信号处理单元，可得到高灵敏、小体积、低功耗的量子点电子鼻芯片。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	湖北;42
申请人：	华中科技大学
发明人：	刘欢;李华曜;唐江;胡志响;张雨竹;李龙;刘竞尧;田枝来;杨剑弦
专利状态：	有效
申请日期：	2019-02-27T00:00:00+0800
发布日期：	2019-05-21T00:00:00+0800
申请号：	CN201910143612.9
公开号：	CN109781947A
代理机构：	华中科技大学专利中心
代理人：	许恒恒;李智
分类号：	G01N33/00(2006.01);G;G01;G01N;G01N33
申请人地址：	430074 湖北省武汉市洪山区珞喻路1037号
主权项：	1.一种基于量子点的电子鼻芯片的设计方法，其特征在于，包括以下步骤： (1)电子鼻芯片上气体传感器阵列的设计： (1-1)以量子点材料作为嗅觉受体材料，设计量子点气体传感器单元；设计得到的量子点气体传感器单元具体是量子点材料附着在衬底上得到的电阻型晶体管传感器单元或场效应晶体管型传感器单元； (1-2)基于所述步骤(1-1)得到的所述量子点气体传感器单元设计量子点传感器阵列，该量子点传感器阵列是采用MEMS器件结构或TFT器件结构； (2)电子鼻芯片上配合所述气体传感器阵列工作的信号处理单元与微控制单元的设计： (2-1)信号处理单元的设计：设计信号处理电路对所述步骤(1)得到的所述量子点传感器阵列的响应数据进行特征提取，得到提取的数据； (2-2)微控制单元的设计：该微控制单元包含模式识别算法，利用参数已知的待检测气体及该待检测气体气氛下所述信号处理单元提取的数据，采用模式识别算法对电子鼻进行训练和标定。 2.如权利要求1所述基于量子点的电子鼻芯片的设计方法，其特征在于，所述步骤(1-1)中，设计得到的所述微纳气体传感器单元是利用第一性原理计算设计得到的，所述第一性原理计算用于优化该量子点气体传感器单元所采用的量子点材料的组分、尺寸、形貌、晶面结构、及复合界面中的一种或多种。 3.如权利要求1所述基于量子点的电子鼻芯片的设计方法，其特征在于，所述步骤(1-1)中，所述量子点材料为氧化物量子点材料或硫化物量子点材料，或是这些氧化物量子点材料或硫化物量子点材料与层状材料组成的复合量子点材料；其中，所述氧化物量子点材料包括SnO2或WO3，所述硫化物量子点材料包括PbS或CdS，所述层状材料优选为石墨烯。 4.如权利要求1所述基于量子点的电子鼻芯片的设计方法，其特征在于，所述步骤(1-2)中，设计采用MEMS器件结构或TFT器件结构的量子点传感器阵列还对应着优化的外加光场条件和/或及外加电场条件，具体是在设计采用MEMS器件结构或TFT器件结构的量子点传感器阵列时引入紫外-可见光-近红外光场激发手段、或变化的待检测气体、或外加电场，调控该量子点传感器阵列在目标工作温度条件下的气敏特性，得到优化的外加光场条件和/或外加电场条件；所述气敏特性包括灵敏度、选择性、稳定性、响应时间及恢复时间中的至少一种。 5.如权利要求1所述基于量子点的电子鼻芯片的设计方法，其特征在于，所述步骤(2-1)中，所述设计信号处理电路是基于FPGA或CPLD。 6.如权利要求1所述基于量子点的电子鼻芯片的设计方法，其特征在于，所述步骤(2-2)中，所述模式识别算法包括K-NN、贝叶斯方法、主元分析法、LDA算法、非负矩阵分解法、GMM高斯混合模型、人工神经网络中的任意一种。 7.利用如权利要求1－6任意一项所述设计方法得到的基于量子点的电子鼻芯片。 8.制备如权利要求7所述电子鼻芯片的制备方法，其特征在于，该制备方法包括制备量子点气体传感器单元的步骤，该步骤具体是将量子点材料以薄膜沉积的方式附着在衬底上的，由此形成量子点材料膜。 9.如权利要求8所述制备方法，其特征在于，所述薄膜沉积的方式是将胶体量子点涂覆在衬底上成膜，所述涂覆具体是采用滴涂、旋涂或刷涂；优选的，所述薄膜沉积的方式具体是采用点胶方式或喷涂方式。
所属类别：	发明专利