Des chercheurs de l'Université de technologie d'Eindhoven ont développé un nouveau capteur optique intégré qui offre une résolution accrue des mesures et ouvre la voie à des capteurs optiques entièrement intégrés et compacts, notamment des lasers et des détecteurs pour les plates-formes de détection sur puce. De tels capteurs pourraient jouer un rôle central dans les mesures précises de déplacement et de force à l'échelle nanométrique, ce qui est crucial pour la conception et l'évaluation des micropuces et des nanodispositifs. Cette recherche a été publiée dans Communication Nature .

A l'ère de la nanoélectronique, la précision est à l'ordre du jour. Par exemple, les nanostructures peuvent être surveillées avec une instrumentation nano-optique - minuscule, des systèmes basés sur la lumière qui mesurent la plus petite des variations de surface, forces et mouvements. Comme la résolution et la vitesse sont essentielles, les capteurs de lecture optique basés sur des systèmes optomécaniques sont fréquemment utilisés dans des applications de détection telles que les microscopes à force atomique (AFM). Ces dispositifs génèrent des images d'une résolution inférieure au nanomètre en mesurant la lumière laser réfléchie par la déviation d'un porte-à-faux sur une surface d'intérêt.

Cependant, les approches laser traditionnelles telles que celles des AFM peuvent être volumineuses, qui, avec la demande pour un coût inférieur et une résolution plus élevée, motive la nécessité d'une approche alternative. Grâce aux développements des systèmes nano-optomécaniques (NOMS), capteurs optiques compacts pour la mesure de mouvement, Obliger, et la masse à l'échelle nanométrique sont réalisables. Un facteur limitant est cependant le besoin d'un laser accordable avec une largeur de ligne étroite, qui peut être difficile à intégrer de manière adéquate sur un appareil.

Pour contourner ce problème, Tianran Liu, Andrea Fiore, et des collègues de l'Institute for Photonic Integration de la TU/e ​​ont conçu un nouveau dispositif optomécanique avec une résolution de 45 femtomètres (soit environ 1/1000 de la taille du plus petit atome) en un temps de mesure d'une fraction de seconde. Surtout, le dispositif a une bande passante optique ultra large de 80 nm, supprimant l'exigence d'un laser accordable.

Guides d'ondes et large gamme de longueurs d'onde

Le capteur est basé sur une plateforme membrane-sur-silicium (IMOS) en phosphure d'indium (InP), ce qui est idéal pour inclure des composants passifs tels que des lasers ou des détecteurs. Le capteur lui-même se compose de quatre guides d'ondes - des structures qui limitent les signaux lumineux à un chemin et à une direction particuliers - avec deux guides d'ondes suspendus au-dessus de deux guides d'ondes de sortie. Lorsqu'un guide d'onde suspendu est poussé vers les guides d'onde de sortie sur la membrane InP, la quantité relative de signal transporté par les guides d'ondes de sortie varie. La fabrication s'effectue via une série d'étapes de lithographie pour définir les guides d'ondes et le cantilever, et le capteur final est constitué des transducteurs, actionneur, et photodiodes.

L'un des principaux avantages de ce capteur est qu'il fonctionne dans une large gamme de longueurs d'onde, ce qui élimine le besoin d'un laser coûteux sur l'appareil. En termes de déflexion en porte-à-faux, le capteur reproduit également la résolution des porte-à-faux en traditionnel, mais des AFM encombrants. En utilisant ce nouvel appareil comme base, les chercheurs prévoient de développer un "laboratoire de nanométrologie" complet intégré sur une puce qui peut être utilisé pour la métrologie des semi-conducteurs et aider à la conception de la prochaine génération de micropuces et de nanoélectronique.