IMEC研發(fā)可檢測(cè)生物組織的光機(jī)械超聲傳感器
據(jù)麥姆斯咨詢報(bào)道,全球領(lǐng)先的納米電子學(xué)和數(shù)字技術(shù)研究與創(chuàng)新中心imec,提出了一種基于硅光子芯片的光機(jī)械超聲傳感器,得益于創(chuàng)新的光機(jī)械波導(dǎo),該傳感器具有前所未有的靈敏度。憑借這種高靈敏度波導(dǎo),其20 μm小型傳感器的檢測(cè)限優(yōu)于同尺寸壓電元件兩個(gè)數(shù)量級(jí)。
該傳感器的低檢測(cè)限使得超聲和光聲成像在臨床和生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的新應(yīng)用成為可能,例如:深部組織X光攝影,以及潛在腫瘤組織的血管形成或神經(jīng)支配研究等。
新型光機(jī)械超聲傳感器概念和創(chuàng)新的分脊(split-rib)波導(dǎo)
斷層掃描超聲和光聲成像利用超聲傳感器陣列構(gòu)建二維或三維圖像。然而,即使目前最先進(jìn)的壓電超聲傳感器也有其局限性。
首先,檢測(cè)限與傳感器的尺寸成反比,這是小波長(zhǎng)高分辨率成像需要面對(duì)的一個(gè)問題。高分辨率圖像需要小尺寸壓電傳感器,這些傳感器本質(zhì)上具有較高的檢測(cè)限,從而導(dǎo)致圖像噪聲。其次,壓電傳感器依靠機(jī)械諧振來增強(qiáng)信號(hào)的振幅。這意味著它們要在諧振頻率附近的小范圍內(nèi)工作,以避免高檢測(cè)限。最后,壓電傳感器矩陣對(duì)于每個(gè)傳感元件都需要一根導(dǎo)線連接,從而阻礙了醫(yī)學(xué)導(dǎo)管等應(yīng)用。
專門開發(fā)的CMOS制造工藝
“我們展示的這款創(chuàng)新型傳感器,將成為皮膚或大腦等生物組織深層成像的突破性技術(shù)。對(duì)于皮下黑色素瘤成像或乳房X光攝影等應(yīng)用,它可以更詳細(xì)地查看腫瘤和周圍的血管形成,有助于更準(zhǔn)確的診斷?!眎mec基于波的傳感器和執(zhí)行器研究員Xavier Rottenberg說。
imec的解決方案基于一種CMOS兼容新工藝制作的高靈敏度分脊光機(jī)械波導(dǎo)。其靈敏度比目前最先進(jìn)的器件高兩個(gè)數(shù)量級(jí)。低檢測(cè)限可以改善超聲應(yīng)用中成像分辨率和深度之間的權(quán)衡,這對(duì)于光聲成像來說至關(guān)重要,光聲成像的壓力比傳統(tǒng)超聲成像技術(shù)低了三個(gè)數(shù)量級(jí)。此外,它還可以實(shí)現(xiàn)貫穿顱骨的功能性大腦成像等低壓應(yīng)用,此前這類應(yīng)用會(huì)受到顱骨的強(qiáng)超聲衰減影響。
最后,這些微型傳感器(20 μm)的精細(xì)間距(30 μm)矩陣可以很容易地與光子多路復(fù)用器集成在芯片上。得益于這種傳感器矩陣只需要很少的光纖連接,而不像傳統(tǒng)壓電傳感器中每個(gè)元件都需要一個(gè)電氣連接,為微型導(dǎo)管等新應(yīng)用開辟了可能性。