IMEC研发可检测生物组织的光机械超声传感器

据麦姆斯咨询报道，全球领先的纳米电子学和数字技术研究与创新中心imec，提出了一种基于硅光子芯片的光机械超声传感器，得益于创新的光机械波导，该传感器具有前所未有的灵敏度。凭借这种高灵敏度波导，其20 μm小型传感器的检测限优于同尺寸压电元件两个数量级。

该传感器的低检测限使得超声和光声成像在临床和生物医学领域的新应用成为可能，例如：深部组织X光摄影，以及潜在肿瘤组织的血管形成或神经支配研究等。

新型光机械超声传感器概念和创新的分脊（split-rib）波导

断层扫描超声和光声成像利用超声传感器阵列构建二维或三维图像。然而，即使目前最先进的压电超声传感器也有其局限性。

首先，检测限与传感器的尺寸成反比，这是小波长高分辨率成像需要面对的一个问题。高分辨率图像需要小尺寸压电传感器，这些传感器本质上具有较高的检测限，从而导致图像噪声。其次，压电传感器依靠机械谐振来增强信号的振幅。这意味着它们要在谐振频率附近的小范围内工作，以避免高检测限。最后，压电传感器矩阵对于每个传感元件都需要一根导线连接，从而阻碍了医学导管等应用。

专门开发的CMOS制造工艺

“我们展示的这款创新型传感器，将成为皮肤或大脑等生物组织深层成像的突破性技术。对于皮下黑色素瘤成像或乳房X光摄影等应用，它可以更详细地查看肿瘤和周围的血管形成，有助于更准确的诊断。”imec基于波的传感器和执行器研究员Xavier Rottenberg说。

imec的解决方案基于一种CMOS兼容新工艺制作的高灵敏度分脊光机械波导。其灵敏度比目前最先进的器件高两个数量级。低检测限可以改善超声应用中成像分辨率和深度之间的权衡，这对于光声成像来说至关重要，光声成像的压力比传统超声成像技术低了三个数量级。此外，它还可以实现贯穿颅骨的功能性大脑成像等低压应用，此前这类应用会受到颅骨的强超声衰减影响。

最后，这些微型传感器（20 μm）的精细间距（30 μm）矩阵可以很容易地与光子多路复用器集成在芯片上。得益于这种传感器矩阵只需要很少的光纤连接，而不像传统压电传感器中每个元件都需要一个电气连接，为微型导管等新应用开辟了可能性。