用于混合气体选择性检测的 Metal-Oxide 传感器阵列
应用物理
2021-02-26 v1 材料科学
机器学习
摘要
我们提出了一种单片微加工金属氧化物半导体(MOS)传感器阵列,结合机器学习算法,以确定均匀混合物中单个气体的独特指纹。该阵列包含四种不同的金属氧化物,并设计为以多路复用方式对每个像素进行独立的温度控制与读取。传感器像素设计在极薄的膜上,以最小化热耗散,从而显著降低整体功耗(平均功率 <30 μW)。通过在不同的温度下运行像素所获得的高维数据,用于训练我们的机器学习算法,对均匀混合物中各组分的浓度进行检测与估算,平均精度约 88%。尽管 MOS 传感器对各种气体的响应已被证实,但极少有研究考察这些传感器对包含多种气体的均匀混合物的响应。我们以臭氧与一氧化碳的二元均匀混合物(二者均为基准污染物气体)证明了该原理。我们的结果表明,多个 MOS 元件加上在不同温度下变化与测量的能力,对于预测混合物中单个气体的浓度至关重要,从而克服了 MOS 传感器的关键局限——选择性差。我们传感器阵列的小尺寸与微加工方法也使其适于 CMOS 集成,为可穿戴与便携应用平台铺平了道路。
引用
@article{arxiv.2102.12990,
title = {Metal-Oxide Sensor Array for Selective Gas Detection in Mixtures},
author = {Noureddine Tayebi and Varvara Kollia and Pradyumna S. Singh},
journal= {arXiv preprint arXiv:2102.12990},
year = {2021}
}
备注
25 pages, 6 figures, 3 Tables, Supporting Information