國(guó)外開發(fā)可利用光線進(jìn)行供電和通信的微型傳感器，支持批量生產(chǎn)

　　4月22日消息，據(jù)外媒報(bào)道，康奈爾大學(xué)（Cornell）開發(fā)納米級(jí)電子產(chǎn)品的研究人員研發(fā)出了微型傳感器，這種微型傳感器非常小，可在一個(gè)便士一側(cè)容納30000個(gè)這種微型傳感器。

　　這些微型傳感器不僅體積小，還有更多的功能，它們配備了集成電路、太陽(yáng)能電池和發(fā)光二極管（LED），使它們能夠利用光線進(jìn)行供電和通信。而且，由于它們是批量生產(chǎn)的，在8英寸的晶圓上可容納多達(dá)100萬個(gè)晶圓，因此每個(gè)設(shè)備的成本只有同一便士的一小部分。

　　肉眼幾乎看不到這些OWIC的集合。（圖片：康奈爾大學(xué)Alejandro Cortese）

　　該小組的論文發(fā)表在PNAS（“使用光學(xué)無線集成電路的微觀傳感器”）中。這項(xiàng)合作由約翰·A·紐曼物理科學(xué)教授保羅·麥克尤恩（Paul McEuen）和電氣與計(jì)算機(jī)工程副教授阿利沙·莫納爾（Alyosha Molnar）領(lǐng)導(dǎo)。他們與論文的主要作者、康奈爾大學(xué)（Cornell）院長(zhǎng)博士后Alejandro Cortese博士（19歲）合作，設(shè)計(jì)了一個(gè)平行生產(chǎn)光學(xué)無線集成電路（OWIC）的平臺(tái)——尺寸為100微米（1微米是100萬分之一米）的微型傳感器，僅是人眼的斑點(diǎn)大小。

　　康奈爾大學(xué)自由基協(xié)作計(jì)劃的一部分、納米科學(xué)與微系統(tǒng)工程（NEXT Nano）工作組的聯(lián)合主席McEuen說：“在某種意義上講，構(gòu)建這樣的微型傳感器是一個(gè)古老的想法。但是我們將其尺寸又縮小了一個(gè)數(shù)量級(jí)，并使其可大規(guī)模制造。很多時(shí)候，當(dāng)人們制作這些小東西時(shí)，他們會(huì)手工將它們編織在一起，這樣既費(fèi)時(shí)又費(fèi)力?！?/p>

　　在本質(zhì)上，OWICS是一個(gè)像草履蟲大小的“智能手機(jī)”，可以專門用于應(yīng)用程序，但是，研究人員并沒有像手機(jī)那樣繁瑣依賴射頻技術(shù)，而是將光作為潛在的電源和通信媒介。

　　McEuen說，在納米技術(shù)領(lǐng)域，將微小的電路放置在硅晶圓上相對(duì)容易，但是添加LED是一個(gè)特殊的挑戰(zhàn)，因?yàn)樗鼈兪怯刹煌牟牧现瞥傻模荷榛墶榱藢ED轉(zhuǎn)移到帶有電子元件的晶圓上并進(jìn)行集成，研究人員開發(fā)了一種復(fù)雜的組裝方法，該方法涉及超過15層光刻、30種不同材料和100多個(gè)步驟。

　　一旦OWIC脫離了其硅襯底，它們就可以用于測(cè)量難以到達(dá)的環(huán)境中的電壓和溫度等輸入，例如活體組織和微流體系統(tǒng)內(nèi)部。比如裝配有神經(jīng)傳感器的OWIC能夠通過LED閃爍編碼信號(hào)來無創(chuàng)地記錄人體中的神經(jīng)信號(hào)并傳輸其發(fā)現(xiàn)結(jié)果。

　　此圖顯示了一個(gè)電壓感應(yīng)的OWIC，它裝在一分錢背面的林肯紀(jì)念堂內(nèi)，并顯示了OWIC的組件示意圖。（圖片：康奈爾大學(xué)Alejandro Cortese）

　　作為概念的證明，該團(tuán)隊(duì)與應(yīng)用與工程物理教授、論文合著者Chris Xu的實(shí)驗(yàn)室合作，成功地將一個(gè)帶有溫度傳感器的OWIC嵌入腦組織，并無線傳輸結(jié)果。

　　McEuen、Molnar和Cortese已經(jīng)推出了他們自己的公司OWiC Technologies，將微型傳感器商業(yè)化，已通過技術(shù)許可中心提出專利申請(qǐng)。第一個(gè)應(yīng)用是創(chuàng)建可以附加到產(chǎn)品的電子標(biāo)簽，以幫助識(shí)別它們。這種微型、低成本的OWiC 可能會(huì)產(chǎn)生一代又一代的微傳感器，它們?cè)诟櫢鼜?fù)雜的現(xiàn)象的同時(shí)使用更少的功率。

　　Cortese說：“本文的電路非常簡(jiǎn)單，但是你可以在其中一種設(shè)備上安裝數(shù)千個(gè)晶體管。這意味著你可以擴(kuò)大設(shè)備感知的范圍，設(shè)備如何進(jìn)行通信或完成更復(fù)雜任務(wù)的能力。我們確實(shí)將此平臺(tái)開發(fā)為一個(gè)平臺(tái)，因此許多人都有開發(fā)新設(shè)備、新應(yīng)用程序的空間?！?/p>