用液晶液滴可视化微尺度电特性的空间分布
微机电系统 (MEMS) 涉及使用和开发微米尺寸的电气设备，例如集成到计算机和智能手机芯片中的微电极、传感器和执行器。制造这样的集成 MEMS 设备通常是一项具有挑战性的任务，因为这些设备由于在制造和操作过程中引入的缺陷而经常偏离其原始设计。这反过来又限制了它们的性能。因此，识别并纠正这些缺陷至关重要。
识别和纠正这些缺陷的一种方法是测量这些器件的电特性的空间分布。然而，标准传感器探头不提供所需的空间分辨率，只能确定空间平均的电特性。因此，可以只检测缺陷的存在，而不是它们的位置。
幸运的是，液晶微滴 (LCD)——具有分子取向有序的微米级软物质微滴——为这方面提供了希望。LCD 对电场等外部刺激反应强烈，因此可以用作高分辨率探头。
利用这一承诺，立命馆大学的 Shinji Bono 博士和 Satoshi Konishi 教授现在已经利用 LCD 通过一种称为粒子成像电测技术的技术可视化微结构电极的电气特性。他们的发现发表在2023 年 3 月 16 日的《科学报告》杂志第 13 卷中。
Bono 博士解释了研究方法。“LCD 分散在玻璃板上以梳状结构排列的微电极上。当没有电场时，它们的分子取向是使用偏振光学显微镜确定的，它们是随机分布的。然后，在电极上施加电压。” 因此，电极之间和电极末端前面的 LCD 发生旋转，它们的分子方向分别垂直和平行于电极排列。研究人员进行的 COMSOL 模拟揭示了这种排列与电场的方向相对应，并且随着电压的增加发生得更快。发现旋转的松弛频率随着施加电压的平方而变化。
此外，在高电压下，LCD 显示出向电极的平移(线性运动)，尤其是它们的端点，即具有最大静电能量密度的区域。基于这种行为，研究人员可以通过周期性调制微电容 MEMS 设备中的能量密度来生产 LCD 阵列。反过来，LCD 阵列用作折射率的周期性调制器，折射率是表征材料的光弯曲能力的数字。
因此，这些结果表明，微电极和微电子设备的电特性可以通过观察 LCD 在电场下的旋转和平移行为来简单地可视化。此外，该技术提供了高空间分辨率 (10 μm) 以及高检测精度 (5 μV/μm)。鉴于这些特点，小西教授对其应用寄予厚望。“它将通过提供有关缺陷位置的信息来帮助改进集成微电子设备的设计和制造，而这些信息迄今为止仍然无法获得。反过来，更复杂的 MEMS 技术可能很快就会面世，”他总结道。
版权声明：本文由用户上传，如有侵权请联系删除！