Ny integreret enhed til nanometer-måling

Forskere ved Eindhoven University of Technology har udviklet en ny, integreret optisk sensor, der giver øget opløsning i målinger og baner vejen for fuldt integrerede og kompakte optiske sensorer, herunder lasere og detektorer til on-chip-sensingplatforme. Sådanne sensorer kan spille en afgørende rolle i nøjagtige forskydnings- og kraftmålinger på nanoskalaen, hvilket er afgørende for design og evaluering af mikrochip og nanodeenhed. Denne forskning er blevet offentliggjort i Naturkommunikation .

I en alder af nanoelektronik, præcision er dagens orden. For eksempel, nanostrukturer kan overvåges med nano-optisk instrumentering-lille, lysbaserede systemer, der måler de mindste overfladevariationer, kræfter og bevægelser. Da opløsning og hastighed er afgørende, optiske udlæsningssensorer baseret på optomekaniske systemer bruges ofte til at registrere applikationer, f.eks. i atomkraftmikroskoper (AFM'er). Disse enheder genererer billeder af sub-nanometeropløsning ved at måle laserlyset, der reflekteres af en cantilevers afbøjning over en interessant overflade.

Imidlertid, traditionelle laserbaserede tilgange som dem i AFM'er kan være omfangsrige, som sammen med kravet om lavere omkostninger og højere opløsning, motiverer behovet for en alternativ tilgang. Takket være udviklingen i nano-optomekaniske systemer (NOMS), kompakte optiske sensorer til måling af bevægelse, kraft, og masse på nanoskala er opnåelige. En begrænsende faktor er dog behovet for en afstembar laser med en smal linjebredde, som kan være svært at inkorporere tilstrækkeligt på en enhed.

For at omgå dette problem, Tianran Liu, Andrea Fiore, og kolleger fra Institute for Photonic Integration ved TU/e ​​designet en ny optomekanisk enhed med en opløsning på 45 femtometer (hvilket er omkring 1/1000 størrelsen af ​​det mindste atom) på en måletid på en brøkdel af et sekund. Vigtigt, enheden har en ultrawid optisk båndbredde på 80 nm, fjernelse af kravet til en afstembar laser.

Bølgeledere og stort bølgelængdeområde

Sensoren er baseret på en indiumphosphid (InP) membran-på-silicium (IMOS) platform, som er ideel til at inkludere passive komponenter såsom lasere eller detektorer. Selve sensoren består af fire bølgeledere - strukturer, der begrænser lyssignaler til en bestemt vej og retning - med to bølgeledere hængende over to outputbølgeledere. Når en suspenderet bølgeleder skubbes mod udgangsbølgelederne på InP -membranen, den relative mængde signal, der bæres af outputbølgelederne, varierer. Fremstilling finder sted via en række litografi trin for at definere bølgeledere og cantilever, og den sidste sensor består af transducerne, aktuator, og fotodioder.

En af de vigtigste fordele ved denne sensor er, at den fungerer i en lang række bølgelængder, hvilket eliminerer behovet for en dyr laser på enheden. Med hensyn til udligning af cantilever, sensoren replikerer også opløsningen af ​​cantilevers i traditionel, men omfangsrige AFM'er. Ved at bruge denne nye enhed som et fundament, forskerne planlægger at udvikle et helt "nanometrologilaboratorium" integreret på en chip, der kan bruges til halvledermetrologi og hjælpe med at designe den næste generation af mikrochips og nanoelektronik.