Nanorezonatory do wykrywania masy z wysoką rozdzielczością
Postępy w dziedzinie nanotechnologii umożliwiły miniaturyzację mikrowsporników, które są powszechnie stosowane w czujnikach opartych na wykrywaniu zmian napięcia powierzchniowego jako sygnału odpowiedzi. Absorpcja lub osadzanie związków na wibrujących nanowspornikach może być wykrywane poprzez monitorowanie zmiany częstotliwości rezonującej ze względu na dodaną masę. Struktury nanorezonatora są wzbudzane do wibracji bocznej poprzez zastosowanie napięcia zmiennego/stałego między zawieszonym wspornikiem a ustaloną elektrodą równoległą. Zmiany w częstotliwości rezonansu wspornika są rejestrowane jako zmiany pojemności. W wyniku innowacji technologicznych, które stały się możliwe dzięki projektowi NANOMASS II, zaprojektowano kompletny system na układzie w celu eliminacji pojemności szczątkowej powodowanej przez zewnętrzne pola kontaktowe i przewody. Ze wspornikiem zintegrowano układ CMOS (struktura komplementarna metal-tlenek-półprzewodnik), aby wzbudzać i odczytywać ugięcia wspornika poprzez połączenie standardowych technik CMOS z nowatorskimi metodami nanoprodukcji. Ultracienkie nanowsporniki chromowe zostały zdefiniowane za pomocą litografii wiązką elektronów przy użyciu dwuwarstwowej maski materiału ochronnego na układzie krzemowym. Po zakończeniu procesu podnoszenia nanowsporniki zostały uwolnione z substratu za pomocą zaawansowanej metody trawienia z jonami reaktywnymi. Uzyskane nanowsporniki chromowe mają długość 3 µm, a ich szerokość jest mniejsza niż 90 nm. Alternatywną metodą było zastosowanie stempli kwarcowych do zdefiniowania nanowsporników na substracie CMOS przy użyciu litografii z nanoszeniem w skali nano (NIL). Te dwa różne procesy nanolitografii zostały następnie porównane, aby ocenić ich zalety i ograniczenia w zakresie redukcji wymiarów, przepustowości i zgodności z układami CMOS. Podczas produkcji takich systemów nanoelektromechanicznych wymagana jest szczegółowa wiedza na temat ich elektrycznych, a zwłaszcza mechanicznych właściwości, aby ich używać jako ultraczułych czujników do wykrywania pojedynczych molekuł. Lokalne właściwości elastyczności nanowsporników o różnej długości zostały oszacowane poprzez mechaniczne wyginanie przy użyciu końcówki mikroskopu sił atomowych i pomiar ich przesunięcia. Możliwa jest dedukcja dokładnych i ilościowych opisów ugięcia nanowsporników. Opisy te mogą następnie zostać wykorzystane do oszacowania wymaganych wymiarów wsporników w celu uzyskania najlepszej możliwej wydajności dla czujnika masowego.
