Investigadores de la Universidad Tecnológica de Eindhoven han desarrollado un nuevo sensor óptico integrado que proporciona una mayor resolución en las mediciones y allana el camino para sensores ópticos totalmente integrados y compactos, incluidos láseres y detectores para plataformas de detección en chip. Dichos sensores podrían desempeñar un papel fundamental en las mediciones precisas de desplazamiento y fuerza a nanoescala, que es crucial para el diseño y la evaluación de microchips y nanodispositivos. Esta investigación ha sido publicada en Comunicaciones de la naturaleza .

En la era de la nanoelectrónica, la precisión está a la orden del día. Por ejemplo, las nanoestructuras se pueden monitorear con instrumentación nanoóptica:diminuta, sistemas basados ​​en la luz que miden las variaciones más pequeñas de la superficie, fuerzas y movimientos. Como la resolución y la velocidad son fundamentales, Los sensores de lectura óptica basados ​​en sistemas optomecánicos se utilizan con frecuencia en aplicaciones de detección, como en microscopios de fuerza atómica (AFM). Estos dispositivos generan imágenes de resolución subnanométrica midiendo la luz láser reflejada por la desviación de un voladizo sobre una superficie de interés.

Sin embargo, Los enfoques tradicionales basados ​​en láser, como los de los AFM, pueden ser voluminosos, que junto con la demanda de menor costo y mayor resolución, motiva la necesidad de un enfoque alternativo. Gracias a los desarrollos en sistemas nano-optomecánicos (NOMS), sensores ópticos compactos para la medición del movimiento, fuerza, y la masa a nanoescala son alcanzables. Sin embargo, un factor limitante es la necesidad de un láser sintonizable con un ancho de línea estrecho, que puede ser difícil de incorporar adecuadamente en un dispositivo.

Para evitar este problema, Tianran Liu, Andrea Fiore, y sus colegas del Instituto de Integración Fotónica de TU / e diseñaron un nuevo dispositivo optomecánico con una resolución de 45 femtómetros (que es aproximadamente 1/1000 del tamaño del átomo más pequeño) en un tiempo de medición de una fracción de segundo. Crucialmente, el dispositivo tiene un ancho de banda óptico ultra ancho de 80 nm, eliminando el requisito de un láser sintonizable.

Guías de ondas y amplio rango de longitudes de onda

El sensor se basa en una plataforma de membrana sobre silicio (IMOS) de fosfuro de indio (InP), que es ideal para incluir componentes pasivos como láseres o detectores. El sensor en sí consta de cuatro guías de ondas (estructuras que restringen las señales de luz a una ruta y dirección en particular) con dos guías de ondas suspendidas sobre dos guías de ondas de salida. Cuando una guía de ondas suspendida se empuja hacia las guías de onda de salida en la membrana InP, la cantidad relativa de señal transportada por las guías de onda de salida varía. La fabricación se lleva a cabo mediante una serie de pasos de litografía para definir las guías de onda y el voladizo, y el sensor final consta de los transductores, solenoide, y fotodiodos.

Una de las ventajas clave de este sensor es que funciona en una amplia gama de longitudes de onda, lo que elimina la necesidad de un costoso láser en el dispositivo. En términos de deflexión en voladizo, el sensor también replica la resolución de los voladizos en el tradicional, pero voluminosos AFM. Usando este nuevo dispositivo como base, los investigadores planean desarrollar un "laboratorio de nanometrología" completo integrado en un chip que pueda usarse para metrología de semiconductores y ayudar en el diseño de la próxima generación de microchips y nanoelectrónica.