采用CMOS-MEMS技术制造的高性能硅纳米线阵列电子温度计

《ACS Applied Electronic Materials》：High-Performance Silicon Nanowire Array Electronic Thermometer Fabricated Using CMOS-MEMS Techniques

硅纳米线阵列体温计通过CMOS兼容微加工实现低成本规模化制备，采用硅氮化和硅氧化物双层封装解决表面活性导致的形态和电阻不稳定问题，提升长期稳定性和机械可靠性，使检测系统功耗仅3.71μW，精度达±0.1°C。

　　

本研究提出了一种高性能的硅纳米线（SiNW）阵列温度计，用于实时检测人体温度。我们采用与CMOS兼容的微制造技术，实现了高度可控、低成本且可扩展的SiNW温度计制备工艺。由于SiNW具有较高的表面活性，其表面形态和电阻稳定性较差。为此，我们开发了一种全封装结构，利用氮化硅和氧化硅薄膜将SiNW紧密包裹起来，显著提升了温度计的长期稳定性。此外，这种封装结构还增强了机械可靠性，有效防止SiNW断裂，从而大幅提高了温度计的成品率。多个SiNW同时进行温度检测，使得该温度计能够实现0.179 μA的信号强度、36 dB的信噪比以及3.71 μW的功耗。这些特性降低了后端信号处理电路的复杂性和成本。我们基于低成本的STM32微控制器开发出了一个高性能的SiNW阵列体温检测系统，能够以±0.1 °C的精度检测人体温度。这种基于SiNW的温度计体积小巧、稳定性高、成本低廉且能耗低，具有广泛应用于可穿戴设备以实现实时体温监测的巨大潜力。