Passives/Sensors: October 2007 Archives

محققین اینتل اخیرا در مورد یک آشکارساز نور سیلیکونی خبر دادند که در تمام اندازه گیری ها، بهتر از نمونه هائی است که با مواد گرانقیمت تر ساخته شده اند. این آشکارساز می تواند فلش های نوری با سرعت 40 گیگابیت بر ثانیه را آشکارسازی کند در حالی که اغلب شبکه های فیبر نوری امروزی در سرعت 10 گیگابیت بر ثانیه کار می کنند. این آشکارساز جدید، همچنین، دارای بازده بالاتری بوده و به نسبت آشکارسازهای دیگری که در همین سرعت کار می کنند، سیگنال تمیزتری تولید می نماید. از آنجا که آشکارسازهای ساخته شده از سیلیکون پتانسیل لازم را برای تولید بر روی ویفرهای سیلیکونی بزرگ دارند، محققین می توانند از طریق روش های پردازش استاندارد، آشکارسازهائی تولید کنند که صدها برابر ارزان تر از نمونه هائ مورد استفاده در شبکه های امروزی می باشند که از موادی مانند ایندیوم گالیوم آرسناید ساخته شده اند.

این آشکارساز نور سیلیکونی می تواند داده ی انتقالی نوری را با سرعت 40 گیگابیت بر ثانیه بخواند. نور از درون یک هادی موج (پائین شکل) به سمت نواری از ژرمانیم حرکت می کند که بین دو صفحه ی آلومینیمی (مربع های سفید،مرکز) قرار گرفته است. ولتاژی به این صفحات اعمال می شود که آشکارساز را روشن و خاموش می کند. جریان عبوری از درون صفحه ی آلومینیمی سوم (مربع سفید، بالا) نشان می دهد که چه مقدار نور به آشکارساز برخورد کرده است.

پیش از این، اینتل یک لیزر سیلیکونی و یک مادولاتور سیلیکونی - وسیله ای که داده را به نور تبدیل می کند - در معرض عموم قرار داده بود که در سرعت 40 گیگابیت بر ثانیه کار می کرد. به گفته ی ماریو پانیچیا، مدیر آزمایشگاه سیلیکون-فوتونیک اینتل، هدف نهائی این است که این سه وسیله را روی یک چیپ سیلیکونی مجزا با هم ترکیب کنیم. این چیپ ارزان خواهد بود چرا که می تواند بوسیله ی فرایندهای تولیدی صنعت میکروچیپ به خوبی وارسی شده و صیقل داده شود. اگر در شبکه های فیبر نوری موجود استفاده شود، این چیپ های فوتونیک نه چندان گرانقیمت می توانند هزینه ی پهنای باند اینترنت را تا حد زیادی کاهش دهند. د صورت استفاده در رایانه ها، می توانند داده ها را با سرعت بسیار بیشتری انتقال داده و جابجا کنند.

بنا بر توضیحات پانیچیا، آشکارسازهای سیلیکونی اینتل از همان اصول اساسی که بسیاری از آشکارسازهای نوری دیگر استفاده می کنند، بهره می برد. وقتی فوتون ها به یک آشکارساز برخود می کنند، زوج هائی از الکترون ها و حفره ها تولید می نمایند. ولتاژی به دو سر آشکارسازاعمال می شود که موجب حرکت الکترون ها با بار منفی به یک سوی و حفره های با بار مثبت به سوی دیگر می شود. جریان الکتریکی ایجاد شده معیاری برای اندازه گیری نوری است که توسط آشکارساز جمع آوری شده است.

برای آشکارسازهای ساخته شده ازگالیوم آرسناید و ایندیوم گالیوم آرسناید، این فرایند سر راست است: هر دو این مواد هنگام عبور فوتون ها با یک انرژی معین ، به سهولت زوج های الکترون-حفره تولید می نمایند. اما سیلیکون بدین صورت به نور واکنش نشان نمی دهد. بنابراین در این وسیله جدید، پانیچیا و تیمش تصمیم گرفتند تا از سیلیکون به عنوان یک هادی موج، نوعی کانال که نور را جمع کرده و نگه داری می کند، استفاده کنند. بالای این هادی موج، محققین لایه هائی از ژرمانیم کشت دادند که ماده ای است که هنگام برخورد الکترون ها جفت های الکترون-حفره ایجاد می نماید. آشکارسازی واقعی توسط همین ژرمانیم انجام می شود: هنگامی که نور از درون هادی موج سیلیکونی عبور می کند، قسمتی از آن بطور نامحسوس درون ژرمانیم حرکت می کند و جریانی الکتریکی تولید می نماید.

برخی از ابزارهای سیلیکونی کنونی در واقع حجم کوچکی از ژرمانیم را شامل می شوند، بنابراین استفاده از فرایندهای صنعتی موجود برای ته نشست کردن این ماده لزوما کار سختی نیست. آنچه سخت و دشوار است، ته نشست کردن آن بصورت لایه هائی یکنواخت بر روی سیلیکون می باشد. فاصله ی موجود بین اتم ها در کریستال ژرمانیم متفاوت از فاصله ی اتم ها در یک کریستال سیلیکون می باشد. ترکیب این دو موجب تولید کشش ها و شکاف هائی می شود که می تواند موجب ایجاد مشکلاتی در یک وسیله ی الکترونیکی شود.

محققین اینتل روی توسعه ی فرایندی تمرکز کرده اند که این کشش ها و ترک ها را روی مواد مجاور قسمتی از وسیله که نور را آشکار می کند، به حداقل برساند. بسیاری از جزئیات مربوط به آن محرمانه می باشند، اما پانیچیا توضیح می دهد که تیم وی آزمایشاتی با تعدادی از متغیرها در شرایط کشت این مواد انجام داده اند. در پایان، محققین یک ترکیب ایده آل از دما و فاکتورهای دیگر یافته اند که ترک ها و نقایص مورد نظر را به سمت لبه ی آشکارساز جاروب می کند، که در آنجا دیگر مانعی برای کارائی آن ایجاد نمی شود. به گفته ی پانیچیا، این کار زمان بسیاری از آنها گرفت، این کار یک کار کاملا جدیدی نبود اما کار مهندسی بسیاری انجام شد.

مسئله ی اساسی بعدی تیم، توسعه ی فرایندهائی برای یکپارچه کردن آشکارساز و دیگر ابزارهای سیلیکونی روی یک چیپ مجزا می باشد. در حالی که پانیچیا معتقد است که یکپارچه سازی چندان چالش مهمی ایجاد نخواهد کرد، اذعان دارد که برای تکمیل آن مدتی زمان لازم است. او می افزاید، در حالی که همه ی سه وسیله ی فوتونیک سیلیکونی تیم وی در شرایط آزمایشگاهی به خوبی کار می کنند، وقتی در معرض آزمایش های کنترل کیفیت قرار گیرند، مشکلاتی می تواند رخ دهد. او تخمین می زند که مصرف کنندگان بتوانند از مزایای فوتونیک سیلیکونی یکپارچه تا حدود پنج سال بعد بهره مند شوند.

شرکت Omron Electronic Components خبر از تولید نسخه ی جدید سنسورهای جریان گاز و هوا داده است که برای تجهیزات پزشکی، آنالیزی و HVAC/VAV (Variable Air Volume) طراحی شده اند. سنسور جریان هوای D6F-P جدید که بر اساس MEMS ساخته شده است بصورت یک سویه یا دو سویه می تواند عمل کرده و یک خروجی تقویت شده را در قالب یک بسته ی بسیار فشرده تحویل دهد.

D6F-P یک راه حل ایده آل برای مانیتورینگ سرعت جریان و کنترل دامپر در کاربردهای HVAC/VAV می باشد. این وسیله همچنین به عنوان جایگزینی برای سنسورهای فشار افتراقی در سیستم های HVAC عمل می کند و همینطور است در مورد تجهیزات پزشکی همچون دستگاه های تنفس مصنوعی، دستگاه های تهویه، CPAP ها (Continuous Positive Airway Pressure) و مانیتورهای آپنئای خواب.

این سنسور جریان فشرده دقیقا 7x35x17.2 mm (LxWxH) را اندازه گیری می نماید که انعطاف پذیری بیشتری در طراحی سیستم ارائه داده است. برای ارائهی آزادی عمل بیشتر در مکان یابی سنسور، D6F-P به همراه ترمینال های سربی برای نصب و اتصال بهترعرضه شده است. در حالت پیکربندی بایپس، D6F-P می تواند جریانی بیش از توانائی خود را اندازه بگیرد و نیز قادر است از اندازه گیری فشار افتراقی با حساسیت و قابلیت تکرار بالاتری، حتی در شرایط جریان بسیار پائین، پشتیبانی نماید. این سنسور دارای رنج جریانی تک یا دو سویه ی 1.0 LPM در ولتاژ خروجی 0.5 تا 2.5 ولت با دقت +/-5% می باشد.

یکی از ویژگی های کلیدی این سنسور، سیستم تفکیک ذرات معلق (DSS) یکپارچه ی آن می باشد که تا 99.5 درصد (بر اساس نتایج شبیه سازی) ذرات درون هوای خشک را از هوای آلوده تفکیک می کند که بدینوسیله به حفظ ویژگی های کارامدی سنسور در طول عمر خود کمک می نماید. در D6F-P، سیستم DSS دو سویه می باشد که از آن در مقابل ذرات در هر جهتی از جریان محافظت می نماید.