I sensori di pressione miniaturizzati sono ampiamente utilizzati in applicazioni meccaniche e biomediche, Per esempio, nella misurazione della pressione del carburante nelle auto o nel monitoraggio della pressione sanguigna nei pazienti. Woo-Tae Park e colleghi dell'A*STAR Institute of Microelectronics1 hanno ora sviluppato un sensore basato su nanofili così sensibile da poter rilevare anche variazioni di pressione molto basse.

La maggior parte dei sensori di pressione miniaturizzati sfrutta le proprietà intrinseche dei materiali piezoresistivi. Un cambiamento strutturale in un tale materiale, indotto ad esempio da una forza esterna, determina una variazione complementare della sua resistenza elettrica. Però, i materiali piezoresistivi hanno due principali limiti. in primo luogo, questi materiali non sono particolarmente sensibili, il che significa che le basse pressioni producono segnali elettronici deboli. In secondo luogo, questi materiali possono generare molto rumore elettrico, che può mascherare il vero segnale di misurazione. Un trasduttore ideale dovrebbe avere un elevato rapporto segnale-rumore (SNR). Park e i suoi collaboratori hanno ora utilizzato i nanofili per creare un sensore di pressione con proprietà SNR migliorate.

Ricerche precedenti hanno dimostrato che i nanofili possono esibire effetti piezoresistivi elevati a causa delle loro piccole dimensioni. Per approfittare di questo, Park e i suoi collaboratori hanno utilizzato tecniche di lavorazione dei materiali all'avanguardia per sospendere due nanofili di silicio tra due elettrodi su un substrato di silicio su isolante. Ogni filo era lungo poche centinaia di nanometri e largo circa 10 nanometri. Erano ricoperti di silicio amorfo che li proteggeva e fungeva da collegamento elettrico, indicato come il cancello. I ricercatori hanno attaccato a questo un diaframma circolare:una membrana a due strati di nitruro di silicio e biossido di silicio. Qualsiasi stress nel diaframma è stato quindi trasferito alla struttura del nanofilo.

Il team ha caratterizzato il sensore facendo passare un flusso d'aria controllato attraverso di esso. Gli amperometri hanno misurato la corrente che scorre attraverso il dispositivo quando un potenziale elettrico noto è stato applicato ai due elettrodi. Una tensione aggiuntiva, la polarizzazione del cancello, è stato applicato anche tra uno degli elettrodi e il gate. Park e i suoi collaboratori hanno dimostrato di poter ottenere un aumento di quattro volte della sensibilità alla pressione invertendo la direzione di questo bias di gate. Questo, loro credono, è il risultato della tensione di polarizzazione che controlla il confinamento degli elettroni all'interno dei canali dei nanofili, un concetto comunemente impiegato nei cosiddetti transistor ad effetto di campo. Anche una valutazione delle caratteristiche di rumore del dispositivo ha mostrato miglioramenti significativi con la giusta scelta dei parametri operativi.

Park e i suoi collaboratori ritengono che il dispositivo fornisca un percorso promettente per applicazioni che richiedono sensori di pressione miniaturizzati che consumano poca energia.