Grafen för Hall-sensorer (avslutat)

Syfte och mål

Syftet med projektet är att utforska prestandan och gränser för Hallsensorer, baserat på epitaxiell grafen på SiC (kiselkarbid) riktat mot tillämpningar inom bilindustrin. De specifika målen är relaterade till att producera sensorer som erbjuder den höga känslighet som behövs för drift i verkliga tillämpningar:

a) Demonstrera Hall-sensorer med spänningsfrekvens på minst SV = 100 mV / VT vid rumstemperatur (T = 25 ° C).
b) Demonstrera Hall-sensorns prestanda under svåra driftsförhållanden vid temperaturer upp till T = 175 ° C.

Förväntad påverkan och resultat

Genom att använda epitaxialgrafen som kärnan i nya Halleffektsensorer, strävar vi efter att överträffa toppmoderna kommersiella Hallsensorer som används generellt inom bilindustrin. Om projektet lyckas blir nästa steg att demonstrera storskalig produktion och reproducerbar prestanda till en konkurrenskraftig prisnivå. Den potentiella effekten av sådan teknik är att bli den nya standarden för Hallsensorer.

Resultat

Aktörerna i projektet har bildat en kompletterande försörjningskedja:

  • TDK-Micronas främst har bidragit med specifika krav baserade på branschens behov och avancerad elektromagnetisk karakterisering av Hall-sensorer.
  • Chalmers har utformat och bearbetat komponenter, baserat på diskussioner med alla projektaktörer.
  • Graphensic har samordnat insatserna och tillverkat grafenmaterial för att möta Chalmers krav.

I förhållande till projektets första mål (att demonstrera Hall-sensorer med känslighet av minst Sv = 100 mV/VT vid rumstemperatur) har vi lyckats nå målet med marginal. Däremot är stabiliteten i sensorernas prestanda låg med tidigare utvecklade tekniker. I förhållande till projektets andra mål (demonstrera prestanda under svåra förhållanden, såsom temperatur upp till T = 175 ° C) tenderar prestandan att irreversibelt försämras vid T = 125 ° C. trots detta uppfylldes syftet med projektet (att utforska prestanda och begränsningar för Hall-sensorer baserade på epitaxiellt grafen).

Trots att vi lyckats överträffa kommersiella state-of-the-art Hall-sensorer när det gäller spänningsrelaterad känslighet, kom projektet till slutsatsen; att för att uppfylla prestandakraven för fordonsindustrin måste nya tekniker utvecklas för att säkerställa sensorns stabilitet och temperaturbeständighet.

Vi har en plan för hur vi kan utveckla dessa nya tekniker, men behöver hitta vägar att finansiera denna plan. I övrigt bedömer vi att aktörsgruppen redan besitter den kompetens som är nödvändig för att komma vidare. En framtida produkt kommer kunna erbjudas så fort temperaturbeständigheten är adresserad och redan idag kan produkter erbjudas för den som är intresserad av att arbeta dessa sensorer i -40⁰ < T < 85⁰ C.

Abstract in english

Graphene Hall Sensors

Purpose and goals
The purpose of this project is to explore the performance and the limits of Hall sensors based on epitaxial graphene on SiC targeting applications in automotive industry. The specific goals are related to producing sensors that offer the high sensitivity needed for operation in real application, to mention:

a) Demonstrate Hall sensors with voltage sensitivity of at least SV=100 mV/VT, at room temperature (T=25°C).
b) Demonstrate Hall sensor performance in harsh operating conditions such as temperatures up to T=175°C.

Expected impact and results
By using epitaxial graphene as the core of novel Hall effect sensors, we aim at outperforming state of the art commercial Hall sensors widely used in automotive industry applications. Should the project be successful, the next step would be to demonstrate large scale production and reproducible performance at a competitive price level. The potential impact of such technology is to become the new standard for Hall sensors.

Results
The participants in the project have formed a complementary supply chain:
• TDK-Micronas has mainly contributed to specific requirements based on industry needs and advanced electromagnetic characterization of Hall sensors.
• Chalmers has designed and processed components, based on discussions with all project participants.
• Graphensic has coordinated the efforts and manufactured graphene material to meet Chalmers requirements.

In relation to the first goal of the project (to demonstrate Hall sensors with sensitivity of at least Sv = 100 mV / VT at room temperature) we have managed to achieve the goal of margin. On the other hand, the stability of sensor performance is low with previously developed techniques. In relation to the other objectives of the project (demonstrating performance under difficult conditions, such as temperature up to T = 175 ° C), performance tends to degrade irreversibly at T = 125 ° C. Despite this, the purpose of the project was met (to explore the performance and limitations of Hall- sensors based on the epitaxial graphene). Although we succeeded in surpassing commercial state-of-the-art Hall sensors in terms of voltage-related sensitivity, the project came to the conclusion; that in order to meet the performance requirements for the automotive industry, new technologies need to be developed to ensure the stability and temperature resistance of the sensor. We have a plan for how to develop these new technologies, but need to find ways to finance this plan. In other respects, we consider that the actors group already possesses the skills needed to move on. A future product will be offered as soon as temperature resistance is addressed and today products can be offered to those who are interested in working these sensors in -40 °

Utlysning:
FoI-projekt och Genomförbarhetstudier (2) 2017

Projektpartners: Graphensic, Chalmers, TDK-Micronas

Projektledare: Amer Ali

E-mail: amer.ali@graphensic.com

Bidrag: 259 240 kr

Projektets löptid: dec 2017 - maj 2018

Relaterade styrkeområden:

Med stöd från: