Ученые из Лаборатории Беркли (Lawrence Berkeley National Laboratory) создали наименьший в мире интегральный чип со встроенным наносенсором, детектирующий фотоны. Это – первый шаг к массовому производству наноустройств на базе традиционной микроэлектроники. И первый шаг к коммерческой реализации нанотехнологий.

Наноструктуры, изготовленные из определенного материала, как правило, имеют различные полезные особенности. Если же на их поверхность наносятся различные примеси, то есть все шансы получить на основе нанонити или наноповерхности сенсор, чувствительный или к свету, или к определенным химическим веществам.

Особенно перспективная база для различных сенсоров – нанонити и наноструны. Их миниатюрные размеры и геометрия как нельзя способствуют возникновению ответной реакции на «входящее» возбуждение. Особенно, если это световые волны.

Фотосенсоры на основе нанострун – не редкость, их конструировали и испытывали уже несколько лет тому назад. Однако они так и не смогли «выйти» из стен лабораторий и институтов, оставаясь всего лишь интересным эффектом.

Теперь ситуация может измениться – ученые из США во главе с профессором Али Джавеем (Ali Javey) разработали технологию простого изготовления интегральных чипов со встроенными фотосенсорами на основе нанострун!

Рис. 1. Производство спутанных и упорядоченных нанострун

Как поясняет Али, основная проблема, не дающая до сих пор сконструировать фотосенсоры массово, заключается в трудности производства матрицы нанострун –сенсоров. Обычно при синтезе нанострун, они располагаются хаотично, и часто запутываются, что, естественно, не позволяет их использовать в качестве отдельных полупроводниковых приборов.

В замену выращиванию, ученые решили использовать печать нанострун на заранее подготовленной подложке. При этом, как сообщает Али, подложка может быть практически любой – от пластика до бумаги.

Печать наноструктур может быть как «плоской» – когда наноструны выращиваются на матрице, и затем сильно прижимаются к субстрату-основе, и «роликовой», когда они выращиваются на ролике, прокатывающемся затем по выбранной основе.

Пока с помощью печати удается воспроизвести один слой нанонитей из селенида кадмия, но и это уже достижение. Селенид кадмия выбран не случайно – нанонити, сформированные из этого материала, особенно чувствительны к видимому свету.

Рис. 2. Матрица фотосенсоров-пикселей

Дальше – больше. Кремниево-германиевые коаксиальные наноструны (германий составлял ядро, кремний – оболочку), созданные по той же технологии, послужили усилителями сигналов от того же фотосенсора. Фактически, ученые создали матрицу полевых транзисторов.

Интегрирование полученных полупроводниковых приборов в состав чипа проходило достаточно просто – с помощью традиционного травления. При этом вся матрица присоединялась на электроды внутри чипа. Полученные чипы ученые расположили на подложке, фактически получив матрицу миниатюрных фоточувствительных пикселей.

Правда, светочувствительными оказалась всего 80% всех пикселей. Это связано с дефектами изготовления – 5% брака приходится на соединения наносенсор-электроды чипа, 5% – брак самих нанонитей, 10% – дефекты соединений внутри самого чипа.

В целом, как думает Али, такой процент брака не столь велик для подобной сложной интегральной схемы с работающими наноустройствами.

Далее Али Джавей планирует оптимизировать матрицу фотопикселей так, чтобы они различали отдельные цвета (пока сенсоры монохромны). А в дальнейшем Али думает о производстве биологических и химических наносенсоров, расположенных вместе с чипами на пластиковых пленках. А это уже – новое поколение в диагностике и развитии сенсорной техники.

О своей работе ученые сообщили 1 августа в PNAS (Proceedings of the National Academy of Sciences).

Свидиненко Юрий