211service.com
Pierwszy w pełni nanoprzewodowy czujnik
Naukowcy z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Berkeley stworzyli pierwszy układ scalony, który wykorzystuje nanoprzewody jako czujniki i komponenty elektroniczne. Dzięki prostej technice drukowania grupa była w stanie wyprodukować duże macierze jednolitych obwodów, które mogłyby służyć jako czujniki obrazu. Naszym celem jest opracowanie całkowicie nanoprzewodowych czujników, które mogłyby być używane w różnych aplikacjach, mówi Ali Javey , profesor elektrotechniki na UC Berkeley, który kierował badaniami.
Do kwadratu: Naukowcy z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Berkeley byli w stanie stworzyć uporządkowany układ obwodów z dwóch rodzajów maleńkich nanoprzewodów, które mogą działać jako czujniki optyczne i tranzystory. Każdy z obwodów w tablicy 13 na 20 służy jako pojedynczy piksel w całkowicie nanoprzewodowym czujniku obrazu.
Nanodruty są dobrymi czujnikami, ponieważ ich małe wymiary zwiększają ich czułość. Na przykład czujniki światła oparte na nanoprzewodach mogą wykryć zaledwie kilka fotonów. Aby jednak były przydatne w praktycznych urządzeniach, czujniki muszą być zintegrowane z elektroniką, która może wzmacniać i przetwarzać tak małe sygnały. To był problem, ponieważ materiały używane do wykrywania i elektroniki nie mogą być łatwo montowane na tej samej powierzchni. Co więcej, trudno było znaleźć niezawodny sposób wyrównania maleńkich nanoprzewodów, który mógłby być praktyczny na dużą skalę.
Metoda drukowania opracowana przez grupę Berkeley może rozwiązać oba problemy. Najpierw naukowcy umieszczają polimer na podłożu krzemowym i wykorzystują litografię do wytrawiania wzorów w miejscu, w którym powinny znajdować się nanoprzewody z czujnikami optycznymi. Następnie drukują na wzorze pojedynczą warstwę nanodrutów z selenku kadmu; Usunięcie polimeru pozostawia tylko nanodruty w żądanym miejscu obwodu. Powtarzają proces z drugim rodzajem nanodrutów, które mają rdzenie germanowe i powłoki krzemowe i stanowią podstawę tranzystorów. Na koniec umieszczają elektrody, aby uzupełnić obwody.
Drukowane nanodruty są najpierw hodowane na oddzielnych podłożach, które naukowcy dociskają i przesuwają po krzemie. Ten rodzaj transferu nanoprzewodami jest dobry do wyrównania przewodów, mówi Deli Wang , profesor inżynierii elektrycznej i komputerowej na Uniwersytecie Kalifornijskim w Santa Barbara, który nie był zaangażowany w badania. Dobre wyrównanie jest niezbędne do prawidłowego działania urządzenia, ponieważ sygnał optyczny zależy od polaryzacji światła, która z kolei zależy od orientacji nanodrutów. Podobnie tranzystory wymagają wysokiego stopnia wyrównania, aby dobrze się włączać i wyłączać.
Inną potencjalną zaletą metody drukowania jest to, że nanodruty można drukować nie tylko na silikonie, ale także na papierze lub tworzywach sztucznych, mówi Javey. Przewiduje takie zastosowania, jak taśmy czujnikowe – długie role drukowanych czujników używanych do badania jakości powietrza lub wykrywania niewielkich stężeń chemikaliów. Naszym kolejnym wyzwaniem jest opracowanie komponentu bezprzewodowego, który przekazywałby sygnały z obwodu do jednostki centralnej, mówi.
Ale na razie naukowcy zademonstrowali tę technikę jako sposób na stworzenie czujnika obrazu. Umieścili nanodruty na podłożu, tworząc układ 13 na 20 obwodów, w którym każdy obwód działa jak pojedynczy piksel. Nanoprzewody z selenku kadmu przekształcają przychodzące fotony w elektrony, a dwie różne warstwy tranzystorów z nanoprzewodów germanowo-krzemowych wzmacniają otrzymany sygnał elektryczny nawet o pięć rzędów wielkości. Pokazuje to wyjątkowe zastosowanie nanoprzewodów w zintegrowanej elektronice, mówi Zhong Lin Wang , dyrektor Centrum Charakteryzacji Nanostruktur w Georgia Tech.
Po umieszczeniu urządzenia w świetle halogenowym i zmierzeniu prądu wyjściowego z każdego obwodu, grupa odkryła, że około 80 procent obwodów z powodzeniem zarejestrowało intensywność padającego na nie światła. Javey przypisuje niepowodzenie pozostałych 20 procent takim defektom produkcyjnym, jak zwarcie elektrod i błędy w druku, które skutkowały słabym ustawieniem nanodrutów. Zauważa, że wszystkie te problemy można rozwiązać za pomocą wyrafinowanych metod produkcji.
Naukowcy planują również pracować nad zmniejszeniem obwodu, aby poprawić rozdzielczość i czułość. W końcu, mówi Javey, chcą, aby wszystko w obwodzie było możliwe do wydrukowania, w tym elektrody i styki, co może pomóc w dalszym obniżeniu kosztów.