Imec bemutat egy ultraérzékeny, kisméretű optomechanikus ultrahangérzékelőt szilícium-fotonikán alapulva

Opto-mechanikus ultrahang érzékelő- tömb- chip, üvegfonat blokk hozzáféréssel.

Részlet az opto-mechanikus ultrahangérzékelő Wafers-ről.

Opto-mechanikus ultrahangos érzékelő-wafer.

Imec, egy világszerte vezető kutatási és innovációs központ a nanoelektronikában és digitális technológiákban, bemutat egy optomechanikus ultrahangérzékelőt egy szilícium-fotonikai chipen, amely az innovatív optomechanikus hullámvezetőnek köszönhetően soha nem látott érzékenységet mutat. Ennek a rendkívül érzékeny hullámvezetőnek köszönhetően a 20 µm-es érzékelő két nagyságrenddel jobb kimutatási határértékkel rendelkezik, mint azonos méretű piezoelektromos elemek. Az érzékelő alacsony kimutatási határértéke lehetővé teszi az ultrahang- és fotóakusztikus képalkotás új klinikai és biomedicinális alkalmazásait, például a mammográfiát mélyebb szöveti rétegekben, valamint a potenciális tumor szövetek vérkeringésének vagy beidegzésének vizsgálatát. Ezt az érzékelőt egy tanulmányban mutatták be, amelyet a hónap elején publikáltak a Nature Photonics folyóiratban.

A tomográfiai ultrahang- és fotóakusztikus képalkotás lehetővé teszi két- vagy háromdimenziós képek létrehozását ultrahangérzékelő- tömbök felhasználásával. A piezoelektromos ultrahangérzékelők, amelyek a technológia jelenlegi állását képviselik, azonban határokkal rendelkeznek. Először is, a kimutatási határérték fordítottan függ az érzékelők méretétől, ami problémát jelent a magas felbontású képek esetében, kis akusztikus hullámhosszú jelek esetén. A magas felbontású képekhez kicsi piezoelektromos érzékelőkre van szükség, amelyek természetüknél fogva magasabb érzékenységi határértékkel rendelkeznek, így zajos képet eredményeznek. Másodszor, a piezoelektromos érzékelők mechanikus rezonanciára támaszkodnak a jel amplitúdójának növelése érdekében. Ez azt jelenti, hogy csak egy kis tartományban működnek a rezonancia frekvenciája körül, hogy elkerüljék a magas érzékelési határokat. Emellett a piezoelektromos érzékelő-mátrixok minden érzékelőelemhez külön vezetéket igényelnek, ami például katéteres alkalmazások esetén megnehezíti a használatukat.

"Az általunk bemutatott érzékelő alapja egy rendkívül érzékeny optomechanikus hullámvezető, amely megosztott bordákkal van ellátva, és egy új CMOS-kompatibilis folyamat segítségével készült. Az érzékenység két nagyságrenddel nagyobb, mint egy hagyományos érzékelőé. Az alacsony kimutatási határérték javíthatja az ultrahang alkalmazásokban a képalkotás felbontása és mélysége közötti kompromisszumot, és döntő fontosságú a fotóakusztikus képalkotásban, ahol a nyomás értékei akár három nagyságrenddel alacsonyabbak lehetnek, mint a hagyományos ultrahangos képalkotási módszereknél. Emellett lehetővé teszi alacsony nyomású alkalmazásokat is, például az agyi funkcionális képalkotást a koponyán keresztül, amelyet a csontok által okozott erős ultrahangcsillapítás akadályoz."

Végül, egy finom felbontású (30 µm-es) mátrix integrálható egyszerűen a chipen található fotóikus multiplexerek segítségével, amelyek a rendkívül kicsi (20 µm-es) érzékelőkből állnak. Ez lehetővé teszi új alkalmazások, például miniaturizált katéterek kifejlesztését, mivel a szenzor-mátrixok csak néhány optikai szálat igényelnek csatlakoztatáshoz, szemben az elektrikus kapcsolattal minden elem esetében piezoelektromos érzékelők esetén.

"Ez a technológia az imec belső fotóakusztikus útművének gerincét képezi, és kiválasztott együttműködő partnereknél tovább tesztelik," egészíti ki Xavier Rottenberg.