【摘要】 硅基单热电偶微量热计采用MEMS悬索桥结构，实现0.44V/W高灵敏度与20ms快速响应。适用于便携式热生物传感器，解决生化反应无标记检测需求。

在生物化学反应热检测领域，​硅基微量热计凭借无标记、免复杂处理的优势，成为便携式检测设备的核心部件。传统量热仪体积庞大，而MEMS技术推动的微型化方案中，​单热电偶结构通过创新设计解决了热电堆传感器空间受限的痛点。

 

技术原理与结构优势​

​塞贝克效应是热检测的物理基础（图1），硅材料因高塞贝克系数（达440μV/K）和低电噪特性成为理想选择。区别于多结热电堆，​单热电偶微量热计采用独特的悬索桥结构​（图2）：

图1 （a）热电材料中的塞贝克效应。（b）热电偶传感器示意图。（c）热电材料的塞贝克系数和导热系数。

图2 硅基热电偶微量热计的设计。

此设计将传感器悬空于基板上，大幅减少热损耗。主传感器与参考传感器协同工作，结合微加热器校准，实现±0.1℃级温差检测。

 

工艺与性能突破​

通过MEMS微加工技术​（图3a），在2×2cm硅基底集成四个独立量热计：

图3 （a）在悬索桥结构上制作硅基量热计和微加热器。（b） 2 × 2 cm硅衬底上的微量热计。（c）量热计测量电路。

实测性能：

✅ ​灵敏度​：0.44V/W（超越传统热敏电阻）

✅ ​响应时间​：<20ms

✅ ​功耗​：仅为热电堆结构的1/3

 

应用前景​

该技术为便携式热生物传感器提供新路径：

  • 医疗诊断：实时监测酶反应热变化
  • 环境监测：微流控芯片集成检测
  • 工业现场：设备热故障微型预警系统

文献支撑：Wang等（IEEE Electron Device Lett., 2019）验证其在生化表征的可靠性。

 

科学指南针以分析测试为核心，提供材料测试、环境检测、生物服务、模拟计算、科研绘图等多项科研产品，累计服务1800+个高校、科研院所及6000+家企业，获得了60万科研工作者的信赖。始终秉持“全心全意服务科研，助力全球科技创新”的使命，致力于为高校、院所、医院、研发型企业等科研工作者提供专业、快捷、全方位的服务。

 

免责声明：部分文章整合自网络，因内容庞杂无法联系到全部作者，如有侵权，请联系删除，我们会在第一时间予以答复，万分感谢。