结合不同的晶体材料制成的光传感器和电子产品亚博网站下载

科学家们美国能源部劳伦斯伯克利国家实验室和加州大学伯克利分校创建了世界上第一个所有集成传感器电路基于纳米线阵列,结合不同的晶体材料制成的光传感器和电子产品。亚博网站下载他们的方法可以用来繁殖大量的这类设备具有较高一致性。

纳米结构由特定化学、电子和其他属性有很多优势在同一散装材料。亚博网站下载例如,纳米线是一种理想的光探测器;几乎是一维的,几乎所有表面,“纳米线不仅是高度敏感的光能量,但其电子反应也大大增强。

实用,然而,光电传感器必须与电子集成在同一芯片上。和材料,使一个理亚博网站下载想的光电传感器必然是不同于那些好晶体管。

“我们的集成的纳米线阵列执行不同功能和由异构的物质,这样做,可以大规模复制控制方式——是第一次,”阿里说贾维,领导这项研究的团队。贾维是一个科学家在伯克利实验室材料科学部门(MSD)和助理教授在加州大学伯克利分校电气工程亚博网站下载和计算机科学系。亚博老虎机网登录他和他的同事们报告他们的工作在8月1日出版的美国国家科学院学报》(PNAS)。亚博老虎机网登录

打印数组

生长晶体材料在另一个晶体材料是困难的,如果两种材料的晶格的高度不匹配。亚博网站下载晶格匹配是一个特别的挑战当超过一种的材料必须装配在同一衬底。虽然许多纳米线设备涉及电路创建多年来,这些需要精心挑选基板和专用装配设备,几乎是独一无二的。

“我们的主要目标是路线向集成纳米线阵列,我们甚至可以在任何衬底上制造——纸!——统一大规模繁殖它们,”贾维说。”,在过去的两年里我们小组开发了印刷纳米线阵列的方法。后第一个供体基质生长纳米线,我们转移他们任何想要的底物,包括纸或塑料。”

贾维集团设计了两种印刷方法,联系和辊。辊的方法包括生长纳米线表面的圆柱滚起来,整个应用程序衬底,如绘画颜料辊。

接触印刷涉及生长纳米线在平坦的衬底,反相,压到所需的基质。然后分离纳米线通过滑动生长基质,使他们连接到基板上的应用程序。由于缺乏强有力的表面化学纳米线之间的相互作用,这个过程是自限性的,只有一层的纳米线的转移。印刷纳米线是高度一致的方向滑动。

“这有一个额外的优势,”贾维说。“纳米线生长在随机方向伸出;他们看起来像一个不愉快的一天。”But directionally sliding the array off the growth substrate, Javey says, "is like combing the hair to make it stand up straight."

这是一个特殊的优势,因为纳米线电子需要统一性能保持一致。在纳米线中光电传感器、对齐为一致的响应是必要的光的强度(亮度)和极化,由于一维线偏振取决于他们的方向有不同的反应。因为他们的随机取向,“坏头发”纳米线阵列的极化响应差别很大。

贾维集团的集成纳米线光电传感器电路使用硒化镉纳米线作为可见光传感器。为电子、纳米线核心锗和硅壳场效应晶体管的基础,将扩大目前的光电传感器产生的回应由五个数量级。

集成电路

“制造集成电路,我们不得不位置两种材料在接收机衬底上的精确位置,“贾维说。亚博网站下载“设备的模式是衬底上涂一层光刻胶。首先我们印刷的硒化镉纳米线到基板上,然后用丙酮去除光阻剂,让我们希望他们的硒化镉纳米线的准确位置。我们重复锗/硅纳米线的过程。”

光电传感器和电子产品都定位在衬底这些元素可能被映射到一个更大的集成电路。(在测试用例中,使用了一个标准硅/二氧化硅基质)。完成了电路通过沉淀金属电极连接元素;all-nanowire电路产生的矩阵,作为像素,用于成像。

贾维集团的纳米线集成电路的结果显示,80%的成功光响应电路,其中相当小的变化。电路做失败,原因是由于缺陷制造电路的连接(10%),失败在光电传感器印刷(5%),或有缺陷的纳米线(5%)。相对高收益的复杂操作电路技术的潜力,通过优化与改进容易实现纳米线的合成和制造设备。

“在未来,我们可以预见使用各种不同的光学传感器创建纳米敏感设备在高分辨率的多种颜色,“贾维说。“这只是开始。我们考虑印刷纳米线传感器电路,光电传感器、化学传感器、生物传感器——而非硅在纸上或塑料带。这可能是使用,容易和即时结果,发生泄漏的地方,空气质量测试或测试病菌——几乎任何使用传感器,你可以想象。”

这项研究得到了微系统技术国防高级研究计划局办公室;英特尔公司;和先进微电子研究公司——材料、结构和设备中心(MARCO MSD)。亚博网站下载在伯克利精密加工实验室制造了。纳米线的合成是由实验室研究和开发支持格兰特从伯克利实验室。

“大规模、异构集成的纳米线阵列图像传感器电路,“庸风扇,约翰尼·c·Ho Zachery a .雅各布森Haleh哈,和阿里·贾维,出现在早期在线出版的美国国家科学院院刊》上。亚博老虎机网登录