Изследователи от корейския институт DGIST създадоха първия в света миниатюрен оптичен ултразвуков сензор, като използваха стандартни полупроводникови технологии. Устройството, което е по-тънко от човешки косъм, е способно да улавя високочестотните ултразвукови вълни, преминаващи през въздуха, без да влиза в контакт с обекта. Разработката проправя пътя към безопасна диагностика на вътрешните дефекти в чувствителни компоненти, например в полупроводниковите пластини и батериите, без риск от замърсяване или повреда.

Традиционната ултразвукова дефектоскопия изисква нанасянето на гел или друга контактна среда между сензора и обекта, което е неприемливо за много съвременни високотехнологични изделия. Безконтактната диагностика през въздуха е съществувала и преди, но ултразвукът във въздуха бързо затихва, а за откриването на микроскопични дефекти са необходими високи честоти, при които затихването е още по-силно. Затова разработването на едновременно високочестотен, чувствителен и миниатюрен сензор дълго време оставаше нерешима задача, пише Techxplore.

Силициева фотоника вместо механични кристали

Корейски екип реши проблема с помощта на оптичен подход: вместо директно улавяне на звука, те регистрират миниатюрните колебания, предизвикани от ултразвука, чрез светлина. Използвайки технологията на силициевата фотоника, учените са разположили върху един полупроводников чип оптична схема и микромеханична структура, ултратънък кантилевер, който вибрира под действието на звуковите вълни. Когато тази мембрана вибрира, тя променя параметрите на преминаващата покрай нея светлина, а сензорът улавя тези промени, преобразувайки ги в ултразвуков сигнал.

Този подход за първи път позволи реализирането на оптико-механичен ултразвуков приемник върху един чип без обемисти лещи и сложно сглобяване. Чувствителната област на сензора е едва 0,0004 mm² (30×13,5 µm), но при това неговата чувствителност на единица площ е над 25 000 пъти по-висока от тази на съществуващите комерсиални аналози.

Огромното предимство на устройството е, че може да се произвежда на стандартно оборудване, без необходимост от модернизация. В близко бъдеще изследователите имат намерение да създадат матрични системи с десетки приемници на един чип, както и да разширят приложението на технологията от индустриалната диагностика (полупроводници, батерии, композитни материали) до медицинската визуализация.