物聯網技術仍舊面臨許多難題. 美國阿肯色大學 (University of Arkansas) 與瑞典皇家理工學院 (KTH Royal Institute of Technology) 的研究者針對這些難點設計了一款無線系統. 他們在本月的IEEE Electron Device Letters上發表了一篇論文, 文中描述了一個可以在室溫到高達500攝氏度範圍內工作的混頻器, 而混頻器是任何無線系統中都需要的一種重要元件. 這是第一款能夠承受如此高溫的整合混頻器電路.
IEEE會士, 阿肯色大學電子工程學教授艾倫·曼圖茲 (Alan Mantooth) 是極端環境電子學方面的專家. 在幾個計劃中 '最令人興奮的是試著把一輛探測車或其他某種儀器放在金星表面, 目前設備正常工作時間的記錄是超過兩個小時' . 金星上一天的平均溫度高達467℃, 但這種高溫是含硫的.
你並不需要環遊世界以尋找這種地獄般的地方. 在地球上就有這種曼圖茲和他的同事感興趣的區域, 比如天然氣渦輪發電機的內部. 目前, 渦輪發電機根據規定的時間間隔關閉以進行維護——無論渦輪葉片等部件是否真的需要檢查. 雖然可以通過冗餘的渦輪機減小損失, 但意外宕機每天會消耗價值一百萬美元的電力供應, 曼圖茲教授說到. 渦輪機製造商 '更希望有內置感測器來告訴他們零件何時需要更換' . 這樣一來製造商可以避免計劃外的設備關停並通過實際數據來設定維護周期. 不過這些感測器需要在接近1000 ºC的高溫蒸汽環境下工作, 同時由於靠近高速旋轉的渦輪葉片, 它們還需要承受約14000高斯 (Gs) 磁感應強度下的電磁力.
混頻器晶片和外圍無源器件被嵌在測試板上, 之後它會被加熱到500攝氏度並進行測試.
阿肯色大學團隊也在研究用於柴油發動機燃燒室的感測器, 以便讓計算機能更好地控制柴油發動機的效率. 並且該團隊正在開發一款用於驅動油井底部鑽頭的電子設備, 那裡的溫度可達150℃.
在以上這些應用背景下, 矽可能並不是最佳的半導體襯底. 矽的能帶間隙太窄以至於在高溫環境下很容易產生電子運動, 即使在不需要的情況下也會產生電流. 擁有寬能帶間隙的材料則不存在這類問題, 比如氮化鎵, 碳化矽. 考慮到較寬的能帶間隙和較好的導熱性能, 瑞典皇家理工學院和阿肯色大學的團隊最終選擇了碳化矽. '碳化矽不會在高溫環境中失效. ' 曼圖茲說.
該整合混頻器電路由瑞典皇家理工學院的安娜·魯蘇 (Ana Rusu) 教授團隊設計, 之後由阿肯色大學的曼圖茲教授團隊封裝, 最後回到魯蘇教授團隊手中完成測試. 該電路能夠實現59MHz到500kHz的下變頻以進行後續的訊號處理.