Skip to main content

Nanoresonators with Integrated circuitry for high sensitivity and high resolution mass detection

Article Category

Article available in the folowing languages:

Czujniki do wykrywania masy rzędu attogramów

Stosując technologię umożliwiającą połączenie standardowych i nowatorskich metod nanowytwarzania, naukowcy przeprowadzili monolityczną integrację rezonatorów nanoelektromechanicznych z odpowiednio przygotowanymi mikroukładami typu CMOS.

Gospodarka cyfrowa

Większa funkcjonalność systemów nanoelektromechanicznych (NEMS) jest możliwa za sprawą miniaturyzacji różnych układów mechanicznych, takich jak rezonujące wysięgniki, do rozmiarów submikronowych. Właśnie dzięki temu zmniejszeniu wymiarów przetworników mechanicznych możliwa była niespotykana wcześniej poprawa czułości, rozdzielczości przestrzennej i szybkości reakcji czujników. Rezonującego nanowysięgnika wzbudzanego przez równoległą elektrodę sterującą użyto w projekcie NANOMASS-II jako elementu przetwarzającego w czujniku opracowanym do detekcji masy z attogramową rozdzielczością. Ponadto z przetwornikiem wysięgnikowym monolitycznie zintegrowano obwody typu CMOS, aby w ten sposób wzmocnić prąd pojemnościowy, służący jako sygnał odczytowy. Detekcja masy polega na monitorowaniu zmiany częstotliwości rezonansowej, gdy na wysięgniku zostaną umieszczone cząsteczki nanometrowej wielkości. Ponieważ zmiany częstotliwości rezonansowej wysięgnika są wykrywane jako zmiany pojemności, zintegrowane wewnętrzne obwody odczytowe gwarantują minimalizację pojemności pasożytniczej spowodowanej zewnętrznymi polami kontaktowymi i przewodami. W trakcie projektu NANOMASS-II porównano różne procesy nanolitograficzne, aby ocenić ich zalety w postaci zmniejszenia wymiarów, wzrostu wydajności oraz, co ważne, zgodności ze standardową technologią CMOS. Zbudowano kilka urządzeń pokazowych, wykorzystując w nich wysięgniki z polikrzemem jako warstwą konstrukcyjną oraz układem odczytowym CMOS zintegrowanym przy użyciu litografii elektronowej lub laserowej. Na podstawie eksperymentalnych pomiarów masy wykonanych tymi zintegrowanymi czujnikami NEMS na Universitat Autònoma de Barcelona ustalono czułość masową rzędu kilku attogramów. Ostatecznym celem partnerów biorących udział w projekcie NANOMASS-II jest opracowanie nanorezonatorów, które stanowiłyby integralny element przenośnego systemu czujnikowego do zastosowań w biologii, fizyce i chemii.

Znajdź inne artykuły w tej samej dziedzinie zastosowania