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美國研究人員研發出一種新型奈米機械熱感測器，該裝置結合了微米大小的槳狀結構與奈米尺寸的支柱。此矽材扭力共振(torsional resonator)元件的製作採取一般科技廠相容的製程技術，由於對紅外光輻射極為敏感，因此非常適合作為新一代熱感應器及紅外光成像裝置。
扭力共振器基本上是一稱為微形槳(micropaddle)的矩形槳狀元件，並且藉由一對水平的細支撐柱連結至晶片結構上。當有外力施加於槳結構上時，元件會以一特徵頻率產生振動。此類共振器具有兩種振動方式：一是所謂的「扭動模式」(torsional mode)，微形槳會沿著柱軸前後扭動；另一則是「彎曲模式」(flexural mode)，微形槳如彈簧墊般垂直柱軸上下振動。
加州理工學院Michael Roukes領導的研究團隊利用上述共振器結構製作出一新式熱感應器。他們在矽質微形槳表面鍍上氮化鈦(titanium nitride)以吸收紅外光輻射。接著在槳與基板上施以時變電壓，使裝置產生振動。微形槳在特徵共振頻率處會產生最大振動，而當以紅外光照射裝置時，溫度的升高會改變此共振頻率。團隊成員Edward Myers解釋，藉由追蹤頻率的偏移可以計算出元件所接受的紅外光輻射強度。
奈米支撐柱為長度1 μm、直徑50–100 nm的矽奈米線，如此微小支柱使得元件幾乎與環境隔絕。這意味著僅須微量紅外輻射便能加熱裝置達一可測量的溫差。此外，元件製作使用一般科技廠所需的半導體與金屬材料並採取相容製程技術，因此製作大型陣列元件應不成問題。
Myers認為，這些熱感測器的效能未來可望追上須於低溫下操作的一般紅外線感測器。由於他們的元件能工作於室溫環境，因此能應用於可攜式設備如夜視鏡、家用監視器，甚至是下一代智慧手機的鏡頭。
該研究團隊目前計畫持續縮小其元件尺寸，並改良所使用材料，以優化其熱學特性。他們同時打算製作陣列元件，並試圖將其整合至CMOS晶片上，如此便能簡化控制同時一次讀取大量數據。詳見Nano Letters｜DOI: 10.1021/nl304687p。 |