10×10nm！全球最小的商用傳感器

該傳感器尺寸大致與一枚晶體管相當。

Digid公司設計出全球最小商用傳感器，尺寸小到可集成在皮下注射針頭頂端，或是力感應手術刀的刀刃邊緣，并且已經實現商業化。

圖 1：Digid的納米級傳感方案可實現力感應末端執行器，例如應用于機器人輔助手術。

全球最小的商用傳感器

Digid首席技術官Konstantin Kloppstech博士表示：“該傳感器可微型化至10×10納米見方，尺寸大致與一枚晶體管相當。” Digid成立于2019年，產能已從每周生產5枚傳感器，提升至計劃202 年交付240萬枚，并將向半導體廠商進行技術授權。據 Kloppstech 介紹，截至2025年，公司已累計生產超過100萬枚傳感器。

納米級傳感器技術應用前景廣闊，可讓金屬、聚合物、陶瓷、半導體等各類材料實現 “智能化”，目前該公司已 “與德國一家大型 MEMS 供應商展開合作，將Digid溫度傳感器用于電力電子領域”。

圖 2：Digid的全線產品。

100mV 驅動，輸出等效溫度電壓信號

該公司研發出一種可將傳統惠斯通電橋應變計電路微型化的方案。應變計可在彈性極限內將機械形變（拉伸或壓縮）轉化為成比例的電阻或電壓變化，且本身具備溫度補償特性。Digid還利用其納米溫度傳感器搭建出惠斯通電橋，可直接輸出電壓信號而非電阻值。換言之，通過該技術，只需將這種納米惠斯通電橋陣列嵌入材料，就能制成具備溫度或力感應特性的智能材料。

圖 3：集成在指尖大小區域的完整惠斯通電橋電路。

據Kloppstech介紹，該傳感器特性與負溫度系數（NTC）熱敏電阻類似，溫度升高時電阻下降，“但與普通 NTC 僅做電阻率測量不同，我們可直接輸出等效溫度的電壓信號”。傳統 NTC 傳感器需要工程師處理非線性校準曲線并進行補償，而 Digid的 NTC 傳感器線性區間更寬，補償需求更低，這也是其與同類技術的核心差異。基于二極管的傳感器、環形振蕩器、電阻溫度探測器（RTD）以及常規 NTC 熱敏電阻，均需要不同形式的補償（如調整傳感器尺寸或軟件校準），這類數字處理開銷會降低測量精度與準確度。

“我們驅動傳感器的電壓通常遠低于 1 伏，多數場景下 100 毫伏即可正常工作。” 此外，該溫度傳感器靈敏度可達每開爾文 100 毫伏（mV/K），遠高于熱電偶標準的微伏每開爾文（μV/K）水平，單位溫度變化對應的輸出電壓更高。

該公司還可通過制造工藝調整傳感器的標稱電阻率（R??）與電阻溫度系數（TCR），TCR 可從標稱每開爾文 1% 調節至 1.8%。TCR 可調意味著單位溫度變化對應的電壓擺幅可靈活設定，主要適配后端信號處理需求。

調整 R??可讓物理導線或引腳與傳感器連接產生的接觸電阻（寄生電阻）影響降至可忽略水平。例如，客戶焊點會給傳感器帶來 2 歐姆的固定電阻，但若將 R??調整至千歐級別，接觸電阻帶來的影響就只是測量噪聲，而非測量誤差。這一特性讓傳感器精度不再依賴裝配精度。Kloppstech 表示：“這讓我們的客戶在電極與觸點工藝上可以更寬松，從而降低制造成本。”

綜上，微型化傳感器的核心優勢在于數字處理開銷低、體積極小，可直接嵌入待測基材表面，實現實時、高精度原位測量，響應時間低至毫秒級。

電力電子領域的溫度傳感

Kloppstech 提到，該傳感器一項重要的新興電力應用是數據中心芯片嵌入式熱傳感：“傳感器可輸出等效溫度電壓信號，且恰好能在 CPU、GPU 通用的低電壓下工作。”

圖 4：芯片級熱監測，包括核心溫度監測與溫控型熱界面材料（TIM）監測。

在下一代 800V “AI 工廠” 中，為高功耗數據中心 xPU（GPU、CPU、NPU 等）供電是最核心的電力難題之一。隨著核心電壓降至 1 伏以下，電流可攀升至 2000 安培以上。圍繞高效供電與有效散熱，一整套配套生態正在形成。加之 AI 負載對瞬態電流要求極高（可達 100A/μs），且需要低紋波、低噪聲電源軌，進一步提升了設計難度。

處理器發熱量大，熱傳感對熱管理至關重要。與供電設計同理，傳感器越靠近處理器，越有利于提升電源效率、緩解熱節流。這一復雜問題長期制約芯片吞吐量，導致大量處理器性能無法釋放。Kloppstech 表示：“行業數據顯示，在移動設備等場景中，熱節流會造成 20% 至 30% 的算力損失。”

處理器集成度高、機柜空間有限，對小尺寸方案提出硬性要求。“行業理想狀態是能監測所有核心，但目前仍缺少合適的微型溫度傳感器。即便二極管傳感器，在 GPU 高集成度場景下也難以適配。” 他認為，借助 Digid的傳感器技術，企業可實現芯片級負載均衡，而非盲目過度散熱：“一塊 GPU 可包含數萬個核心，理想情況下需要對每個核心做負載均衡，但如果溫度傳感器尺寸相當于 6000 個核心，這一切都無從談起。”

Digid認為，其技術平臺可支撐熱感知調度，精準建模多核處理器中所有核心的熱行為，即便芯片核心密度持續提升也能適配。“高精度傳感器可帶來約 3℃的熱裕量提升，在不增加成本與妥協的前提下，算力可提升約 20%。” 他同時提到該技術對散熱的影響：“目前數據中心約 10% 的能耗用于散熱，具備可觀的節能空間。”

Kloppstech 補充道：“芯片行業普遍使用二極管作為溫度傳感器，但實現起來十分繁瑣，還需要做大量補償。” 該公司已開展實驗，在 1.4×1.4 平方毫米區域內為 CPU、GPU 集成 265 個溫度傳感器陣列，構建高精度實時熱分布圖，用于監測芯片負載均衡。“數據中心運營商希望淘汰傳統技術，因為它們占用了過多寶貴的芯片面積。”

該技術還可融入芯片版圖設計流程。事實上，Digid正積極與企業合作，推動其半導體兼容工藝在客戶潔凈車間落地。“這是我們當前的工作方向，但落地周期較長。”Kloppstech 表示，公司正向晶圓代工廠或光刻設備廠商（如 IMEC、ASML、臺積電）提供相關工藝方案。

該公司還開發了多款集成溫度傳感器的熱界面材料（TIM）方案，可監測芯片與散熱器之間的熱傳遞。“芯片全流程熱監測是我們的重要市場，有助于降低數據中心總體擁有成本。”

這項技術應用范圍極廣，目前已獲得數據中心、汽車、醫療等領域客戶的認可。據 Kloppstech 透露，公司 A 輪融資已結束，2026 年將啟動 B 輪融資。目前團隊面臨的挑戰之一，是挖掘這項技術全部的潛在終端應用場景。

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