Les capteurs de pression miniaturisés sont largement utilisés dans les applications mécaniques et biomédicales, par exemple, pour mesurer la pression de carburant dans les voitures ou pour surveiller la pression artérielle des patients. Woo-Tae Park et ses collègues de l'A*STAR Institute of Microelectronics1 ont maintenant développé un capteur à base de nanofils qui est si sensible qu'il peut détecter même des changements de pression très faibles.

La plupart des capteurs de pression miniaturisés exploitent les propriétés intrinsèques des matériaux piézorésistifs. Un changement structurel dans un tel matériau, induite par exemple par une force extérieure, entraîne une modification complémentaire de sa résistance électrique. Cependant, les matériaux piézorésistifs ont deux limitations majeures. Premièrement, ces matériaux ne sont pas particulièrement sensibles, ce qui signifie que les basses pressions produisent des signaux électroniques faibles. Deuxièmement, ces matériaux peuvent générer beaucoup de bruit électrique, qui peut masquer le vrai signal de mesure. Un transducteur idéal doit avoir un rapport signal/bruit (SNR) élevé. Park et ses collègues ont maintenant utilisé des nanofils pour créer un capteur de pression avec des propriétés SNR améliorées.

Des recherches antérieures ont montré que les nanofils peuvent présenter des effets piézorésistifs élevés en raison de leur petite taille. Pour en profiter, Park et ses collègues ont utilisé des techniques de traitement des matériaux de pointe pour suspendre deux nanofils de silicium entre deux électrodes sur un substrat de silicium sur isolant. Chaque fil mesurait quelques centaines de nanomètres de long et environ 10 nanomètres de large. Ils étaient recouverts de silicium amorphe qui à la fois les protégeait et faisait office de connexion électrique, appelé la porte. Les chercheurs y ont attaché un diaphragme circulaire :une membrane à deux couches de nitrure de silicium et de dioxyde de silicium. Toute contrainte dans le diaphragme a donc été transférée à la structure du nanofil.

L'équipe a caractérisé son capteur en lui faisant passer un flux d'air contrôlé. Des ampèremètres mesuraient le courant traversant l'appareil alors qu'un potentiel électrique connu était appliqué aux deux électrodes. Une tension supplémentaire, le biais de grille, a également été appliqué entre l'une des électrodes et la grille. Park et ses collègues ont démontré qu'ils pouvaient atteindre une augmentation de quatre fois la sensibilité à la pression en inversant la direction de cette polarisation de porte. Cette, ils croient, est le résultat de la tension de polarisation contrôlant le confinement des électrons dans les canaux des nanofils - un concept couramment utilisé dans les transistors à effet de champ. Une évaluation des caractéristiques de bruit de l'appareil a également montré des améliorations significatives avec le bon choix des paramètres de fonctionnement.

Park et ses collègues pensent que l'appareil offre une voie prometteuse pour les applications nécessitant des capteurs de pression miniaturisés qui consomment peu d'énergie.