MEMS, piifotoniikka ja nestekidepisarat

Sydneyn yliopiston apulaisprofessori Niels Quackin johtama tutkijaryhmä on kehittänyt uuden teknologian toteuttaakseen piifotonisia MEMS-järjestelmiä piipuolijohteiden valmistuksen tekniikoilla.

Näin voitaisiin yhdistää optiikka ja mikrosähkömekaaniset järjestelmät (MEMS) mikrosirulle, mikä tasoittaa tietä mikro-3D kameroille ja kaasuantureille sekä tarkoille ilmanlaadun mittauksille jopa matkapuhelimien tasolle.

Apulaisprofessori Quack sanoo, että fotoniset MEMS-järjestelmät ovat ainutlaatuisia, koska ne ovat kompakteja, kuluttavat hyvin vähän virtaa, ovat nopeita, tukevat laajaa valikoimaa optisia kantajasignaaleja ja niillä on pieni optinen häviö.

Kyseessä on ensimmäinen kerta, kun nanotason sähkömekaaniset toimilaitteet on integroitu standardin piifotoniikkateknologian alustaan", apulaisprofessori Quack kertoo.

Tekniikkaa on jo valmisteltu suurtuotantoa ajatellen ja se tarjoaa mahdollisia sovelluksia autonomisten ajoneuvojen 3D-kuvauksessa tai uudessa fotoniavusteisessa laskennassa.

"Nykyiset vastaavat tekniikat kuluttavat paljon tehoa ja vievät suuren alueen sirulla. Niissä on myös korkeat optiset häviöt. Tämä tekee useiden komponenttien integroimisesta yhdelle sirulle haastavaa ", Quack sanoo.

Integroitujen MEMS-laitteiden valmistaminen on yleisestikin ottaen haastava tehtävä. Tavalliset anturikoettimet eivät tarjoa haluttua tilallista resoluutiota ja ne voivat määrittää vain keskiarvoistettuja sähköisiä ominaisuuksia. Tämän takia on mahdollista havaita vain vikojen esiintyminen, ei niiden sijaintia.

Yksi tapa tunnistaa ja korjata valmistuksen vikoja on mitata niiden sähköisten ominaisuuksien tilajakauma ja tähän tarjoavat toivoa nestekidepisarat. Ne reagoivat voimakkaasti ulkoisiin ärsykkeisiin, kuten sähkökenttään ja voivat siten toimia korkearesoluutioisena antureina.

Tohtori Shinji Bono ja professori Satoshi Konishi Ritsumeikan-yliopistosta Japanista ovat hyödyntäneet tätä lupausta hyödyntäen nestekidepisaroita mikrostrukturoitujen elektrodien sähköisten ominaisuuksien visualisoimiseen.

Tutkijoiden saavutukset osoittavat, että mikroelektrodien ja mikrosähköisten rakenteiden sähköisiä ominaisuuksia voidaan visualisoida tarkkailemalla nestekidepisaroiden pyörimis- ja translaatiokäyttäytymistä sähkökentän alla. Lisäksi tekniikka tarjoaa korkean tilaresoluution (10 μm) sekä korkean tunnistustarkkuuden (5 μV/μm).

Näiden ominaisuuksien valossa prof. Konishi näkee suuria toiveita sovelluksilleen. "Se auttaa parantamaan integroitujen mikrosähkölaitteiden suunnittelua ja valmistusta antamalla tietoa vian sijainnista, joka on toistaiseksi jäänyt saamatta. Siten kehittyneempää MEMS-tekniikkaa saattaa tulla saataville pian", hän päättelee.

Aiheesta aiemmin:

Piifotoninen MEMS add-drop -suodatin

MEMS-kytkimillä LiDAR:lle ennätystarkkuus