211service.com
Första All-Nanowire-sensorn
Forskare vid University of California, Berkeley, har skapat den första integrerade kretsen som använder nanotrådar som både sensorer och elektroniska komponenter. Med en enkel tryckteknik kunde gruppen tillverka stora arrayer av enhetliga kretsar, som kunde fungera som bildsensorer. Vårt mål är att utveckla heltäckande nanotrådssensorer som kan användas i en mängd olika applikationer, säger Ali Javey , en elektroteknikprofessor vid UC Berkeley, som ledde forskningen.
Kvadrat bort: University of California, Berkeley, kunde forskare skapa en ordnad kretsuppsättning av två typer av små nanotrådar, som kan fungera som optiska sensorer och transistorer. Var och en av kretsarna i 13 x 20-matrisen fungerar som en enda pixel i en helt nanotrådsbildsensor.
Nanotrådar är bra sensorer eftersom deras små dimensioner ökar deras känslighet. Nanotrådsbaserade ljussensorer kan till exempel bara upptäcka ett fåtal fotoner. Men för att vara användbara i praktiska enheter måste sensorerna integreras med elektronik som kan förstärka och bearbeta så små signaler. Detta har varit ett problem, eftersom materialen som används för avkänning och elektronik inte lätt kan monteras på samma yta. Dessutom har ett tillförlitligt sätt att anpassa de små nanotrådarna som kan vara praktiskt i stor skala varit svårt att få tag på.
En tryckmetod utvecklad av Berkeley-gruppen skulle kunna lösa båda problemen. Först lägger forskarna en polymer på ett kiselsubstrat och använder litografi för att etsa ut mönster där de optiska avkännande nanotrådarna ska vara. De trycker sedan ett enda lager kadmiumselenid nanotrådar över mönstret; avlägsnande av polymeren lämnar bara nanotrådarna på önskad plats för kretsen. De upprepar processen med den andra typen av nanotrådar, som har germaniumkärnor och kiselskal och utgör basen för transistorerna. Slutligen deponerar de elektroder för att slutföra kretsarna.
De tryckta nanotrådarna odlas först på separata substrat, som forskarna trycker på och glider över kislet. Den här typen av nanotrådsöverföring är bra för att rikta in ledningarna, säger Deli Wang , professor i el- och datorteknik vid University of California, Santa Barbara, som inte var involverad i forskningen. God inriktning är nödvändig för att enheten ska fungera korrekt, eftersom den optiska signalen beror på ljusets polarisering, vilket i sin tur är beroende av nanotrådarnas orientering. På samma sätt kräver transistorer en hög grad av inriktning för att slå på och av väl.
En annan potentiell fördel med utskriftsmetoden är att nanotrådarna kan skrivas ut inte bara på kisel, utan även på papper eller plast, säger Javey. Han förutser tillämpningar som sensorband – långa roller av tryckta sensorer som används för att testa luftkvaliteten eller detektera små koncentrationer av kemikalier. Vår nästa utmaning är att utveckla en trådlös komponent som skulle vidarebefordra signalerna från kretsen till en centralenhet, säger han.
Men för tillfället har forskarna visat tekniken som ett sätt att skapa en bildsensor. De mönstrade nanotrådarna på substratet för att skapa en 13-x20-array av kretsar, där varje krets fungerar som en enda pixel. Nanotrådarna av kadmiumselenid omvandlar inkommande fotoner till elektroner, och två olika lager av germanium-kisel nanotrådstransistorer förstärker den resulterande elektriska signalen med upp till fem storleksordningar. Detta visar en enastående tillämpning av nanotrådar i integrerad elektronik, säger Zhong Lin Wang , chef för Center for Nanostructure Characterization vid Georgia Tech.
Efter att ha placerat enheten under ett halogenljus och mätt utströmmen från varje krets fann gruppen att cirka 80 procent av kretsarna lyckades registrera intensiteten av ljuset som lyser på dem. Javey tillskriver misslyckandet hos de andra 20 procenten till sådana tillverkningsdefekter som kortslutna elektroder och feltryck som resulterade i dålig nanotrådsuppriktning. Han konstaterar att alla dessa problem kan lösas med förfinade tillverkningsmetoder.
Forskarna planerar också att arbeta för att krympa kretsen för att förbättra upplösningen och känsligheten. Så småningom, säger Javey, vill de att allt på kretsen ska kunna skrivas ut, inklusive elektroderna och kontakterna, vilket kan bidra till att ytterligare minska kostnaderna.