نفوذ به پنهانی‌ترین لایه‌های اجسام با حسگر پیشرفته ساخت دانشمند ایرانی

ايران اكونوميست :دانشمند ایرانی مؤسسه فناوری کالیفرنیا موفق به ساخت ریزتراشه سیلیکونی ارزان تراهرتزی شده‌ است که می‌تواند بدون آسیبهای یونیزه کننده پرتوهای ایکس به پنهانی‌ترین لایه درون مواد نفوذ کند.

کد خبر: ۱۳۰۴۲

تاریخ: ۲۲ آذر ۱۳۹۱ - ۱۲:۰۹

به گزارش (ایسنا)، محصول پروفسور علی حاجی‌میری، استاد مهندسی برق موسسه فناوری کالیفرنیا و همکارانش از خود امواج الکترومغناطیسی فرکانس بالا موسوم به امواج تراهرتز را ساطع می‌کند که در یک منطقه تقریبا دست‌نخورده از طیف الکترومغناطیس بین ریزموجها و تابش دور از مادون قرمز قرار می‌گیرد.

این ریزتراشه‌ها هنگامی که در دستگاههای دستی قرار می‌گیرند، می‌توانند طیف وسیعی از کاربردها را از امنیت خانگی گرفته تا ارتباطات بی‌سیم و مراقبتهای بهداشتی و حتی بازی‌های غیرلمسی در برگیرند.

در آینده این فناوری شاید بتواند برای تشخیص غیرتهاجمی سرطان نیز مورد استفاده قرار گیرد.

حاجی‌میری اظهار کرد: ما با استفاده از فناوری کم هزینه مدار یکپارچه مشابه ریزتراشه‌های تلفن همراه و نوت‌پدهای امروزی توانسته‌ایم یک تراشه سیلیکونی را تولید کنیم که با سرعت حدود 300 برابر آن عمل می‌کند. این تراشه‌ها نسل جدیدی از حسگرهای بسیار تطبیق‌پذیر را امکان‌پذیر خواهند کرد.

محققان از مدت‌ها قبل در مورد طیف فرکانس تراهرتز از 0.3 تا سه تراهرتز برای اسکن و تصویربرداری تبلیغ می‌کردند. این امواج الکترومغناطیسی می‌توانند به آسانی در مواد بسته‌بندی و ارائه جزئیات تصویر در وضوح بالا رسوخ کرده و همچنین می‌توانند نشانه‌های شیمیایی داروها، سلاحهای زیستی یا مواد مخدر و مواد منفجره را شناسایی کنند.

با این حال بیشتر سیستم‌های تراهرتز موجود شامل تشکیلات لیزری بزرگ و گران بوده که اغلب نیازمند دماهای بسیار پایین هستند. امکان تصویربرداری و اسکن تراهرتز تاکنون تا حد زیادی بدلیل کمبود فناوری کوچک و کم هزینه با قابلیت اجرا در طیف‌های فرکانسی مختلف دست نخورده باقی مانده است.

حاجی‌میری و همکارانش از فناوری نیمه‌رسانای اکسید فلز(CMOS) که اغلب برای ساختن ریزتراشه‌های دستگاه‌های رایج بوده، برای طراحی تراشه‌های سیلیکونی با عملکردهای یکپارچه با قابلیت اجرا در فرکانسهای تراهرتز و در مقیاس کوچکتر استفاده کردند.

این تراشه‌های جدید، علائم را تا بیش از هزار برابر بیشتر از رویکردهای موجود ارتقا بخشیده و علائم تراهرتز را که به صورت پویا برای ارسال در یک جهت خاص قابل برنامه‌ریزی هستند، ساطع می‌کنند که اولین مجموعه‌های اسکن یکپارچه تراهرتز جهان را بوجود آورده‌اند.

محققان با استفاده از این اسکنرها می‌توانند برای مثال تیغه ریش تراشی را که درون یک تکه پلاستیک پنهان شده، مشاهده کرده یا میزان چربی موجود در بافت مرغ را تعیین کنند.

حاجی‌میری گفت: ما فقط در مورد یک امکان بالقوه صحبت نمی‌کنیم. ما در حقیقت این امر را در کار خود به نمایش درآورده‌ایم.

پروفسور حاجی‌میری و همکارانش باید بر چند مانع برای ترجمه فناوری CMOS به شکل تراشه‌های تراهرتز کاربردی غلبه می‌کردند، از جمله اینکه تراشه‌های سیلیکونی برای استفاده در فرکانس تراهرتز طراحی نشده‌اند. در حقیقت همه ترازیستورها از یک فرکانس موسوم به فرکانس برش برخوردارند که بالاتر از آن قادر به تشدید علائم نبوده و هیچ ترانزیستور استانداردی نمی‌تواند علائم طیف تراهرتز را تشدید کند.

محققان برای غلبه بر این محدودیت به جمع‌آوری قدرت جمعی چند ترانزیستور در حال کار به صورت هماهنگ پرداختند. اگر عوامل مختلف در زمانهای مناسب در فرکانسهای مناسب اجرایی شوند، قدرت آنها قابل ترکیب بوده و نیروی علامت جمعی را افزایش می‌دهد.

آنها همچنین توانستند چگونگی انتقال علائم تراهرتز را پس از تولید آنها شناسایی کنند. در چنین فرکانسهای بالایی، یک سیم قابل استفاده نبوده و آنتنهای سنتی نیز در مقیاس ریزتراشه غیرقابل استفاده هستند. در عوض دانشمندان کل تراشه سیلیکونی را به شکل یک آنتن درآوردند.

آنها دوباره از یک رویکرد توزیعی استفاده کرده و چندین قطعه فلزی کوچک را بر روی تراشه ادغام کردند که همگی قابل اجرا در یک زمان و با یک نیرو برای ارسال یک مرتبه علامت هستند.

این پژوهش در مجله Solid-State Circuits منتشر شده است.