Geminiaturiseerde druksensoren worden veel gebruikt in mechanische en biomedische toepassingen, bijvoorbeeld, bij het meten van de brandstofdruk in auto's of bij het bewaken van de bloeddruk bij patiënten. Woo-Tae Park en medewerkers van het A*STAR Institute of Microelectronics1 hebben nu een op nanodraad gebaseerde sensor ontwikkeld die zo gevoelig is dat hij zelfs zeer lage drukveranderingen kan detecteren.

De meeste geminiaturiseerde druksensoren benutten de intrinsieke eigenschappen van piëzoresistieve materialen. Een structurele verandering in een dergelijk materiaal, bijvoorbeeld veroorzaakt door een externe kracht, resulteert in een complementaire verandering in de elektrische weerstand. Echter, piëzoresistieve materialen hebben twee belangrijke beperkingen. Ten eerste, deze materialen zijn niet bijzonder gevoelig, wat betekent dat lage drukken zwakke elektronische signalen produceren. Ten tweede, deze materialen kunnen veel elektrische ruis veroorzaken, die het ware meetsignaal kan maskeren. Een ideale transducer moet een hoge signaal-ruisverhouding (SNR) hebben. Park en zijn collega's hebben nu nanodraden gebruikt om een ​​druksensor te maken met verbeterde SNR-eigenschappen.

Eerder onderzoek heeft aangetoond dat nanodraden vanwege hun kleine formaat hoge piëzoresistieve effecten kunnen vertonen. Om hiervan te profiteren, Park en zijn collega's gebruikten ultramoderne materiaalverwerkingstechnieken om twee silicium nanodraden op te hangen tussen twee elektroden op een silicium-op-isolatorsubstraat. Elke draad was een paar honderd nanometer lang en ongeveer 10 nanometer breed. Ze waren bedekt met amorf silicium dat hen zowel beschermde als fungeerde als een elektrische verbinding, poort genoemd. Hieraan bevestigden de onderzoekers een cirkelvormig diafragma:een tweelaags membraan van siliciumnitride en siliciumdioxide. Elke spanning in het diafragma werd daarom overgebracht naar de nanodraadstructuur.

Het team karakteriseerde hun sensor door er een gecontroleerde luchtstroom overheen te laten gaan. Ampèremeters maten de stroom die door het apparaat vloeide terwijl een bekend elektrisch potentiaal over de twee elektroden werd aangelegd. Een extra spanning, de poortbias, werd ook aangebracht tussen een van de elektroden en de poort. Park en zijn collega's toonden aan dat ze een viervoudige toename van de drukgevoeligheid konden bereiken door de richting van deze poortbias om te keren. Dit, zij geloven, is het resultaat van de voorspanning die de opsluiting van de elektronen in de nanodraadkanalen regelt - een concept dat vaak wordt gebruikt in zogenaamde veldeffecttransistoren. Een beoordeling van de geluidskarakteristieken van het apparaat liet ook significante verbeteringen zien met de juiste keuze van bedrijfsparameters.

Park en zijn collega's zijn van mening dat het apparaat een veelbelovende route biedt voor toepassingen die geminiaturiseerde druksensoren vereisen die weinig stroom verbruiken.