Исследователи из Калифорнийского университета (University of California) разработали первую в отрасли микросхему – оптический датчик, сенсоры которой полностью изготовлены из нанопроводов.
Датчики из нанопроводов имеют большие перспективы благодаря малым размерам и высокой чувствительности. Так, оптические датчики из нанопроводов способны регистрировать единичные фотоны. Однако для их практического применения требуются усилители и схемы обработки сигнала. Проблема состоит в несовместимости материалов, используемых для датчиков и электронных схем. Кроме того, возникают сложности, связанные с точностью размещения нанопроводов на больших поверхностях.
Ученым из Калифорнийского университета удалось решить эту проблему, используя трафаретную печать. Процесс выглядит следующим образом. На поверхность кремниевой пластины наносится слой полимера, в котором литографией вытравливается топология будущего датчика — участки, где будут размещены чувствительные элементы сенсора. Затем протравленные полости заполняются селенидом кадмия (cadmium selenide), после чего слой полимера удаляется. Процесс повторяется со вторым типом нанопроводов, на германиевой подложке и кремниевом каркасе, создавая основу для germanium-silicon nanowire транзисторов. На конечном этапе осаждаются электроды.
Важное преимущество печатного метода – это возможность размещения нанопроводов не только на кремнии, но и на бумаге или пластике. Это позволяет создавать длинные полосы печатных сенсоров (сенсорные ленты, sensor tapes), которые могут быть использованы для контроля параметров воздуха или концентрации химических веществ.
Для демонстрации возможностей технологии были разработаны датчики изображения, состоящие из 13 — 20 матричных схем, каждая из которых работала как единичный пиксель. Кроме нанопроводов, на подложке были размещены germanium-silicon nanowire транзисторы, с помощью которых выходной сигнал усиливался в десять тысяч раз.
При экспериментальной проверке, после освещения прибора галогенной лампой и измерения выходного сигнала от каждой схемы, группа обнаружила, что 80% матриц надежно регистрировали интенсивность падающего на них света, и только 20% не подавали признаков жизни. Отказ схем разработчики объясняют дефектами изготовлением – короткими замыканием нанопроводов и ошибками размещения. Они отмечают, что эти недостатки могут быть устранены в процессе отработки технологии.
Исследователи также планируют уменьшить размеры микросхем для повышения их разрешения и чувствительности. В конечном счете, они намерены изготовить печатью всю микросхему, включая электроды и контакты, что в дальнейшем позволит снизить ее стоимость.
Дополнительная информация здесь
