211service.com
Første All-Nanowire-sensor
Forskere ved University of California, Berkeley, har skabt det første integrerede kredsløb, der bruger nanotråde som både sensorer og elektroniske komponenter. Med en simpel printteknik var gruppen i stand til at fremstille store arrays af ensartede kredsløb, som kunne fungere som billedsensorer. Vores mål er at udvikle alle-nanowire-sensorer, der kan bruges i en række forskellige applikationer, siger Ali Javey , en elektrisk ingeniørprofessor ved UC Berkeley, der ledede forskningen.
Kvaderet væk: University of California, Berkeley, var forskere i stand til at skabe et velordnet kredsløbsarray fra to typer bittesmå nanotråde, som kan fungere som optiske sensorer og transistorer. Hvert af kredsløbene på 13 x 20-arrayet fungerer som en enkelt pixel i en billedsensor med alle nanotråde.
Nanotråde er gode sensorer, fordi deres små dimensioner øger deres følsomhed. Nanotråd-baserede lyssensorer kan for eksempel kun registrere nogle få fotoner. Men for at være nyttige i praktiske enheder skal sensorerne integreres med elektronik, der kan forstærke og behandle så små signaler. Dette har været et problem, fordi de materialer, der bruges til sensing og elektronik, ikke nemt kan samles på samme overflade. Hvad mere er, har det været svært at finde en pålidelig måde at justere de små nanotråde, som kunne være praktisk i stor skala.
En trykmetode udviklet af Berkeley-gruppen kunne løse begge problemer. Først deponerer forskerne en polymer på et siliciumsubstrat og bruger litografi til at udætse mønstre, hvor de optiske sensing nanotråde skal være. De udskriver derefter et enkelt lag cadmiumselenid nanotråde over mønsteret; fjernelse af polymeren efterlader kun nanotrådene på det ønskede sted for kredsløbet. De gentager processen med den anden type nanotråde, som har germaniumkerner og siliciumskaller og danner basis for transistorerne. Til sidst afsætter de elektroder for at fuldføre kredsløbene.
De printede nanotråde dyrkes først på separate substrater, som forskerne trykker på og glider hen over siliciumet. Denne type nanowire-overførsel er god til at justere ledningerne, siger Deli Wang , en professor i elektro- og computerteknik ved University of California, Santa Barbara, som ikke var involveret i forskningen. God justering er nødvendig for at enheden kan fungere korrekt, da det optiske signal afhænger af lysets polarisering, som igen er afhængig af orienteringen af nanotrådene. På samme måde kræver transistorer en høj grad af justering for at tænde og slukke godt.
En anden potentiel fordel ved printmetoden er, at nanotrådene ikke kun kunne printes på silicium, men også på papir eller plast, siger Javey. Han forudser sådanne applikationer som sensortape – lange roller af trykte sensorer, der bruges til at teste luftkvaliteten eller detektere små koncentrationer af kemikalier. Vores næste udfordring er at udvikle en trådløs komponent, der vil videresende signalerne fra kredsløbet til en central behandlingsenhed, siger han.
Men indtil videre har forskerne demonstreret teknikken som en måde at skabe en billedsensor på. De mønstrede nanotrådene på substratet for at lave et 13-x20-array af kredsløb, hvor hvert kredsløb fungerer som en enkelt pixel. Cadmiumselenid nanotrådene omdanner indkommende fotoner til elektroner, og to forskellige lag af germanium-silicium nanotrådstransistorer forstærker det resulterende elektriske signal med op til fem størrelsesordener. Dette viser en fremragende anvendelse af nanotråde i integreret elektronik, siger Zhong Lin Wang , direktør for Center for Nanostrukturkarakterisering ved Georgia Tech.
Efter at have sat enheden under et halogenlys og målt udgangsstrømmen fra hvert kredsløb, fandt gruppen ud af, at omkring 80 procent af kredsløbene med succes registrerede intensiteten af lyset, der skinnede på dem. Javey tilskriver fejlen hos de andre 20 procent til sådanne fabrikationsfejl som kortsluttede elektroder og trykfejl, der resulterede i dårlig nanotrådsjustering. Han bemærker, at alle disse problemer kan løses med raffinerede fremstillingsmetoder.
Forskerne planlægger også at arbejde hen imod at krympe kredsløbet for at forbedre opløsning og følsomhed. Til sidst, siger Javey, ønsker de, at alt på kredsløbet skal kunne udskrives, inklusive elektroderne og kontakter, hvilket kan hjælpe yderligere med at reducere omkostningerne.