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Primer sensor totalmente de nanocables
Investigadores de la Universidad de California, Berkeley, han creado el primer circuito integrado que utiliza nanocables como sensores y componentes electrónicos. Con una técnica de impresión simple, el grupo pudo fabricar grandes conjuntos de circuitos uniformes, que podrían servir como sensores de imagen. Nuestro objetivo es desarrollar sensores de nanocables que puedan usarse en una variedad de aplicaciones, dice Ali Javey , profesor de ingeniería eléctrica en UC Berkeley, quien dirigió la investigación.
Cuadrado de distancia: Los investigadores de la Universidad de California, Berkeley, pudieron crear una matriz de circuitos ordenada a partir de dos tipos de nanocables diminutos, que pueden funcionar como sensores ópticos y transistores. Cada uno de los circuitos en la matriz de 13 por 20 sirve como un solo píxel en un sensor de imagen de nanocables.
Los nanocables son buenos sensores porque sus pequeñas dimensiones mejoran su sensibilidad. Los sensores de luz basados en nanocables, por ejemplo, pueden detectar solo unos pocos fotones. Pero para que sean útiles en dispositivos prácticos, los sensores deben integrarse con componentes electrónicos que puedan amplificar y procesar señales tan pequeñas. Esto ha sido un problema, porque los materiales utilizados para la detección y la electrónica no se pueden ensamblar fácilmente en la misma superficie. Es más, ha sido difícil encontrar una forma confiable de alinear los diminutos nanocables que podría ser práctica a gran escala.
Un método de impresión desarrollado por el grupo de Berkeley podría resolver ambos problemas. Primero, los investigadores depositan un polímero sobre un sustrato de silicio y utilizan la litografía para grabar patrones donde deberían estar los nanocables de detección óptica. Luego imprimen una sola capa de nanocables de seleniuro de cadmio sobre el patrón; la eliminación del polímero deja solo los nanocables en la ubicación deseada para el circuito. Repiten el proceso con el segundo tipo de nanocables, que tienen núcleos de germanio y capas de silicio y forman la base de los transistores. Finalmente, depositan electrodos para completar los circuitos.
Los nanocables impresos se cultivan primero en sustratos separados, sobre los que los investigadores presionan y deslizan sobre el silicio. Este tipo de transferencia de nanocables es bueno para alinear los cables, dice Deli Wang , profesor de ingeniería eléctrica e informática en la Universidad de California, Santa Bárbara, que no participó en la investigación. Una buena alineación es necesaria para que el dispositivo funcione correctamente, ya que la señal óptica depende de la polarización de la luz, que a su vez depende de la orientación de los nanocables. Del mismo modo, los transistores requieren un alto grado de alineación para encenderse y apagarse bien.
Otra ventaja potencial del método de impresión es que los nanocables podrían imprimirse no solo en silicio, sino también en papel o plásticos, dice Javey. Él prevé aplicaciones tales como cintas de sensores, roles largos de sensores impresos que se utilizan para probar la calidad del aire o detectar concentraciones diminutas de productos químicos. Nuestro próximo desafío es desarrollar un componente inalámbrico que retransmita las señales del circuito a una unidad central de procesamiento, dice.
Pero por ahora, los investigadores han demostrado la técnica como una forma de crear un sensor de imagen. Modelaron los nanocables sobre el sustrato para hacer una matriz de circuitos de 13 por 20, en la que cada circuito actúa como un solo píxel. Los nanocables de seleniuro de cadmio convierten los fotones entrantes en electrones, y dos capas diferentes de transistores de nanocables de germanio-silicio amplifican la señal eléctrica resultante hasta en cinco órdenes de magnitud. Esto demuestra una aplicación sobresaliente de nanocables en electrónica integrada, dice Zhong Lin Wang , director del Centro de Caracterización de Nanoestructuras de Georgia Tech.
Después de colocar el dispositivo bajo una luz halógena y medir la corriente de salida de cada circuito, el grupo descubrió que alrededor del 80 por ciento de los circuitos registraron con éxito la intensidad de la luz que los iluminaba. Javey atribuye la falla del otro 20 por ciento a defectos de fabricación tales como electrodos en cortocircuito y errores de impresión que resultaron en una mala alineación de los nanocables. Señala que todos estos problemas se pueden resolver con métodos de fabricación refinados.
Los investigadores también planean trabajar para reducir el circuito para mejorar la resolución y la sensibilidad. Eventualmente, dice Javey, quieren que todo en el circuito sea imprimible, incluidos los electrodos y los contactos, lo que podría ayudar a reducir aún más los costos.