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光電/顯示技術  

光致動機械 可應用於醫療的奈米新科技研發中

上網時間: 2006年08月14日     打印版  Bookmark and Share  字型大小:  

關鍵字:MOMS-DLP  MEMS-DLP  奈米碳管  光學機械系統  光致動器 

奈米碳管(carbon nanotubes)擁有許多具龐大應用潛力的特性,包括其彈道電子傳輸(ballistic electron transport)、場致發光(electroluminescence)效應等;而有關奈米碳管的研究仍持續中,目前已有利用奈米碳管薄膜(nanotube thin film)為基礎的光學-機械能量轉換器(optical-to-mechanical transducers)問世,可直接用光線來控制機械的運動。

美國Delaware大學電子工程學教授Balaji Panchapakesan所領導的研究小組,即發現了若將光線透射在奈米碳管上,可使之移動的特性,且研發出了一種「微光學機械系統(micro-optomechanical systems,MOMS)」。該技術透過一種活性光奈米碳管薄膜,能讓MOMS以低能量雷射來啟動,取代傳統功耗大的MEMS-DLP設備,滿足太空探測、生物醫學、場發射顯示器等應用所需。(參考連結「美學者研發可擴展DLP應用範圍的低功耗技術」)

「我們已經製成了許多微型機器人元件,如具有光學致動裝置的微型鉗子(a microgripper, with optical actuation);我們認為MOMS也可以應用在醫學領域的外科顯微手術工具上。」Panchapakesan表示。

該技術利用標準的CMOS製程步驟形成了一奈米碳管薄膜,並由它製成了300×30×7um的光致動懸臂陣列。Panchapakesan近一步解釋:「我們可以在常規的CMOS晶片上使用我們的奈米碳管薄膜,這些薄膜可以是透明或是不透明的,並且可用在矽、二氧化矽或氮化矽晶圓上。然後,我們可以利用微影和蝕刻製程來製作MOMS致動器,就跟製作MEMS元件的過程一樣,只是材料換成了奈米碳管薄膜。」

該元件的製作過程是首先透過真空過濾(vacuum filtration),把130nm厚的奈米管層製作在覆蓋了氧化膜的矽晶圓上,然後經過退火之後,採用標準的微影和蝕刻製程步驟,把奈米管薄膜製成重量輕的、光學致動的懸臂陣列。當這些懸臂的基座被808奈米波長、170mW半導體雷射照射時,懸臂就會偏離23um。

奈米碳管如何能致動的機械原理到目前為止還不清楚,但Panchapakesan正努力驗證一種假設:「我們認為其主要機制是一種因雷射引起的電荷分離(charge separation)。」他說:「電荷沿著奈米碳管的一個方向移動,感應出能延長碳-碳化學鍵的靜電力,因而產生動能。」而他表示,熱膨脹(Thermal expansion)應該也是一個貢獻因素。

Panchapakesan表示,退火最好在75℃。此外只有當奈米薄膜中的壓力為零時,微影才能成功。目前該研究小組仍在繼續嘗試製造可自動選擇光波長度的懸臂,並計劃創造各種不同的MOMS微型機器人應用,例如一種可在惡性腫瘤中被啟動的「抗癌炸彈(cancer bomb)」。

(參考原文:Light causes mechanical motion)

(R. Colin Johnson)




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