Skip to main content

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

Article Category

Article available in the folowing languages:

Ergänzung für CMOS-Nanosensoren

Mechanisch Massensensoren sind für verschiedenste physikalische und chemische Prozesse unverzichtbar. Eine Kombination aus CMOS-Schaltungen mit einem Array von Siliziumcantilevern in Nanometergröße dient der hochauflösenden Massendetektion.

Digitale Wirtschaft

Im Rahmen des NANOMASS I-Projektes wurde die Möglichkeit, bekannte und bewährte komplementäre Metall-Oxid-Halbleiter (CMOS)-Schaltungen mit Nanotechnologieverfahren zu kombinieren, untersucht und als praktikabel angesehen. Genauer gesagt wurde gezeigt, dass neuartige Nanolithografietechniken mit bekannter CMOS-Technologie kombiniert werden können. Weiterhin wurde ein auf einem Array von Siliziumcantilevern in Nanometergröße basierender Massendetektor hergestellt. Dieser kompakte und empfindliche Sensor für Umwelt- und Biochemieanwendungen wurde im Rahmen des NANOMASS II-Projektes in Bezug auf Fertigung, Leistung und Funktionalität weiter optimiert. Das elektromechanische Verhalten des mittels einer parallelen Treiberelektrode elektrostatisch erregten schwingenden Cantilever ist äußerst wichtig für die Funktion derartiger Sensoren. Es wurde komplexer Softwarecode entwickelt, um dieses Verhalten zu modellieren. Es gibt vier unterschiedliche Ansätze zur Beschreibung des kapazitiven Stromsignals des Cantilever-Treibersystems. Dieses Stromsignal ist das Ergebnis der Erregung der Cantileverschwingung mittels einer Wechselspannung und einer am Cantilever-Treibersystem anliegenden Gleichspannung. Beim einfachsten Ansatz kann das komplexe zugrunde liegende System mit nur einem der Schwingung entsprechenden RLC (Resistor Inductor Capacitor)-Kreis parallel mit dem Kondensator modelliert werden. Das Modell gilt für starre Cantilever, die folglich mit kleinen Amplituden schwingen. Die Näherungsmodelle für tatsächliche nichtlineare Cantileverauslenkung und parallele Platten sind für die Beschreibung kapazitiver Stromsignale weicher Cantilever mit großen Schwingungsamplituden geeignet. Diese beiden Ansätze können in Verbindung mit dem Näherungsmodell für nichtlineare Linearcantileverauslenkung auch Informationen zu mechanischen Größen bei der Cantileverauslenkung liefern. Die drei oben genannten Modelle können bei Verbindung mit einem Elektronikschaltkreis auch das Verhalten der parallelen Treiberelektrode, d. h. des CD-Transducers, simulieren. Es werden weitere Funktionstests durchgeführt, mit denen Massensensoren für Industrieanwendungen mit einer Auflösung von 10[-19] g im Vakuum und einer räumlichen Empfindlichkeit von weniger als 100 nm in greifbare Nähe rücken. Weitere Informationen sind abrufbar unter: http://einstein.uab.es/_c_nanomass/

Entdecken Sie Artikel in demselben Anwendungsbereich