Нанопровод – сырьё для сенсоров оптических датчиков

Специалистам, работающим в Калифорнийском университете (University of California), удалось разработать уникальную для отрасли микросхему. Она представляет собой оптический датчик, в структуру которого входят сенсоры, изготовленные из нанопровода, обеспечивающие ему малый размер и более высокую чувствительность.

Такая характеристика обеспечивает более чёткую регистрацию единичных фотонов, хотя сам датчик в обработке сигнала требует использования дополнительных схем и усилителей. На этом этапе возникает конфликт между электронными схемами и датчиками, в основе которого лежит несовместимость материалов, из которых они изготовлены. Также есть сложности с размещением нанопроводов на достаточно крупных поверхностях.

Учёные Калифорнийского университета смогли решить данную проблему посредством трафаретной печати, которая выполняется поэтапно. Вначале наносится полимерный слой на кремниевую пластину (на её поверхность). Далее литографией в нём вытравливается необходимая для датчика топология – специальные участки для размещения чувствительных сенсорных элементов.

Теперь каждую протравленную полость необходимо заполнить специальной смесью – селенидом кадмия, слой полимера после этого удаляется. На дальнейших этапах все процессы повторяются, но используется второй тип нанопроводов – это германиевая подложка, одетая на кремниевый каркас. Именно на этом этапе создаётся основа для новых транзисторов (germanium-silicon nanowire). Самый последний этап в трафаретном методе включает процесс осаждения электродов.

Весомым преимуществом данной технологии является возможность размещать нанопровода не только на кремниевой поверхности, но также на пластике и на бумаге. Данный метод способствует изготовлению длинных полос печатных сенсоров – сенсорных лент (sensor tapes). Это открывает широкие возможности, например, при определении концентрации химических веществ в воздухе или при контроле его состава.

Чтобы продемонстрировать возможности данной технологии, потребовалось разработать специальные датчики изображения, состоящие из матричных схем (общее их число – 13-20 ед.). Каждая схема функционирует по принципу единичного пикселя. Помимо нанопроводов, подложка размещала и транзисторы (germanium-silicon nanowire), обеспечивающие усиление выходного сигнала в 10 тыс. раз.

Прибор был подвержен специальной проверке, в результате которой на него воздействовали галогенной лампой с последующим измерением выходного сигнала каждой из его схем. В ходе эксперимента выяснилось, что надёжная регистрация интенсивности падающего света наблюдалась у 80% от всего количества матриц. Остальные 20% матриц вообще никак не среагировали, поскольку, по предположению разработчиков, были изготовлены с дефектами.

К причинам отказа матриц исследователи отнесли короткое замыкание нанопроводов и ошибки размещения. По их мнению, все недоработки будут устранены в ходе доработки новой технологии, которой также предусмотрено уменьшение размеров микросхем. Это позволит повысить из чувствительность и увеличить разрешение.

Главной задачей специалистов Калифорнийского университета является возможность изготовления всей микросхемы печатным методом, включая контакты и электроды. Целью этих разработок станет более низкая стоимость такой микросхемы.