اخیراً محققان دانشگاه کمبریج با ترکیب فناوری ساخت این حسگرها با فناوری SOI CMOS، گام مؤثری در جهت تولید انبوه این حسگرها برداشتهاند.
رشد نانولولههای کربنی روی ویفرهای پردازششده
مدتهاست که حسگرهای گازی مبتنی بر نانولولههای کربنی مورد توجه دانشمندان قرار گرفتهاست، زیرا این حسگرها قادر به شناسایی طیف وسیعی از گازها هستند. چالشهای بسیاری برای تولید انبوه این حسگرها وجود دارد. اخیراً محققان دانشگاه کمبریج با ترکیب فناوری ساخت این حسگرها با فناوری SOI CMOS، گام مؤثری در جهت تولید انبوه این حسگرها برداشتهاند.
نانولولههای کربنی، همانند بسیاری از نانوساختارها، حساسیت بالایی به گازها دارند؛ بهطوری که قادرند گازهای مختلفی را در حوزهی صنعت، کشاورزی، ایمنی و… شناسایی کنند. بهدلیل تماس گاز با سطح نانوساختار، تغییراتی در آن ایجاد میشودکه از طریق حرکت الکتریسیته منجر به شناسایی گاز میشود. یکی از مزایای حسگری با نانولولههای کربنی نسبت به حسگرهای اکسید فلزی، سرعت بالای پاسخگویی است، همچنین این حسگرها میتوانند در دمای پایین، حتی در دمای اتاق، فعال باشند.
پیش از این محققان حسگری مبتنی بر نانولولههای کربنی را ساختهاند که دارای گروههای عاملی گیرندههای بویایی در بینی است. این حسگرها میتواند مولکولهای بو را بهصورت اختصاصی شناسایی کنند. مشکل پیش رو برای ساخت این حسگرها، دشواریهای موجود در تولید انبوه آنهاست؛ بنابراین محققان بهدنبال کاهش هزینهی تولید این حسگرها برای تولید انبوه آن هستند.
یکی از پیشنهادهای موجود برای حل این مشکل، ترکیب نانولولههای کربنی با فناوری نیمههادی اکسید فلزی مکمل(CMOS) است. در این راهبرد از نانولولههای کربنی برای بهبود عملکرد CMOS استفاده میشود. محققان انگلیسی روش جدیدی را ارائه کردهاند که با آن میتوان نانولولههای کربنی را همانند اسپاگتی روی CMOS نشست دهند. قبل از این که نانولولهها روی این CMOS رشد کنند، ساختارهای مورد نیاز نظیر مدارات الکترونیکی روی CMOS ایجاد میشود.
محققان دانشگاه کمبریج با همکاری شرکت Cambridge CMOS Sensors از یک فرایند SOI CMOS استاندارد برای تولید حسگر گازی استفاده کردند. در این پروژه از یک میکروگرمکن تنگستنی و الکترودهای دیجیتالی نیز استفاده شد. نانولولههای کربنی روی ویفر SOI CMOS پردازش شدند؛ یعنی ویفری که از قبل بر روی آن مدارات و ادواتی قرار داده شدهاست، رشد داده شده و بهینه میشوند.
حسن ترکیب این دو فناوری این است که میتوان از مزایای هر دو استفاده کرد: نانولولههای کربنی قادرند گازها و بخارات مختلف را شناسایی کنند و SOI CMOS نیز کمترین میزان هدر رفتن در جریان، و عملکرد خوبی دارند.
این گروه تحقیقاتی از نوعی SOI CMOS استفاده کردند که حاوی یک ویفر ۶ اینچی با لایهی فعال سیلیکونی به ضخامت ۰٫۲۵ میکرومتر است که بر روی یک لایهی اکسید فلزی قرار گرفتهاست. علاوه بر این از یک میکروگرمکن تنگستنی و الکترودهای دیجیتالی در آن استفاده شدهاست. دلیل بهکارگیری فلز تنگستن در این حسگر آن است که مقاومت حرارتی حسگر را افزایش دهد و غشای دی الکتریک موجود در آن، موجب کاهش مصرف انرژی میشود.