光で作動する大量の微細センサー (Mass-produced microscopic sensors see the light)

スポンサー
スポンサー
スポンサー

2020/4/17 コーネル大学

・ コーネル大学が、集積回路、太陽電池と LEDs を搭載した、超微細なオプティカル・ワイヤレス集積回路(OWICs)のパラレルプロダクション・プラットフォームを開発。
・ 同 OWICs は 100μm のマイクロセンサーで、1 セント硬貨(19.05mm)上に三万個が納まるサイズ。8 インチ(20,32cm)のウェハーで最高百万個の大量製造が可能。コストは 1 セントを下回る。
・ 基本的に同マイクロセンサーは、アプリの追加による特化が可能な微細なスマートフォンのようなものだが、エネルギー源と通信には光を利用する。
・ ナノテク技術では、シリコンウェハー上での微細な回路の配置は比較的容易だが、シリコンとは異なる材料のガリウムヒ素製の LEDs の搭載は極めて困難。電子コンポ―ネントと共に LEDs をウェハーに転写して統合するために、15 層超のフォトリソグラフィ技術と 30 種類の材料、100 を超えるステップから成る複雑なアセンブリー手法を開発した。
・ OWICs は、シリコン基板から取り外し後、直ちに生体細胞内やマイクロ流体システム等のアクセスが困難な環境で電圧や温度の測定に利用できる。例えばニューラルセンサーを搭載した OWICs では、身体内で非侵襲的に神経信号を検出し、符号化した信号を LED の点滅で送信できる。
・ 概念実証として、温度センサーを搭載した OWIC を脳組織に埋め込み、データをワイヤレス送信した。
・ 同マイクロセンサーの商業化に向け、同技術の研究者らは OWiC Technologies を設立。Center for Technology Licensing を通して本技術の特許を出願。同マイクロセンサーの最初のアプリケーションは、製品に貼り付けて識別する e-tags を予定。
・ 超微細で低コストの OWICs は、より少ないエネルギーでより複雑な現象を追跡するマイクロセンサーの開発を促進するもの。シンプルな回路に数千個ものトランジスタの搭載が可能なため、検出できる項目、通信手段やより複合的なタスクの遂行能力の範囲が広がる。新しいデバイスやアプリケーションの開発を可能にするプラットフォームとして同技術を開発した。
・ 本研究は、米国立科学財団(NSF)の Materials Research Science and Engineering Center program、米空軍科学研究局(AFOSR)および Kavli Institute が資金を提供し、Cornell Center for Materials Research が支援した。米国立衛生研究所(NIH)と NSF の Graduate Research Fellowship が追加的資金を提供した。
URL: https://news.cornell.edu/stories/2020/04/mass-produced-microscopic-sensors-see-light

<NEDO海外技術情報より>

(関連情報)

米国科学アカデミー紀要(PNAS)掲載論文(アブストラクトのみ:全文は有料)
Microscopic sensors using optical wireless integrated circuits
URL: https://www.pnas.org/content/early/2020/04/16/1919677117

Abstract

We present a platform for parallel production of standalone, untethered electronic sensors that are truly microscopic, i.e., smaller than the resolution of the naked eye. This platform heterogeneously integrates silicon electronics and inorganic microlight emitting diodes (LEDs) into a 100-μm-scale package that is powered by and communicates with light. The devices are fabricated, packaged, and released in parallel using photolithographic techniques, resulting in ∼10,000 individual sensors per square inch. To illustrate their use, we show proof-of-concept measurements recording voltage, temperature, pressure, and conductivity in a variety of environments.

タイトルとURLをコピーしました