Nature：亚微米硅绝缘体谐振器使超声成像的分辨率与光学显微镜相当

Natt

2020-09-17

超声波探测器使用高频声波对物体成像并测量距离，但是这些读数的分辨率受到探测元件物理尺寸的限制。点状宽带超声检测可以极大地提高超声检查和光声（光声）成像的分辨率，但是当前的超声探测器（例如用于医学成像的超声探测器）还无法充分小型化。压电换能器会随着尺寸减小而使灵敏度以2次方降低，光学微环谐振器和法布里-珀罗(Fabry-Perot)标准具无法将光充分限制在小于50微米的范围内。微机械加工方法已经用于产生电容和压电换能器的阵列，但是其带宽仅为几兆赫兹，尺寸超过70微米。

于此，德国慕尼黑工业大学Vasilis Ntziachristos和Rami Shnaiderman等人使用广泛使用的绝缘体上硅技术来开发一种小型化的超声波探测器，它的感应面积只有220 nm X 500 nm。

本文要点：

1）基于绝缘体上硅的光学谐振器设计提供了比微环谐振器高1000倍、比压电探测器好100,000,000倍的单位面积灵敏度。该设计还可以实现超宽的检测带宽，在−6分贝时可达到230兆赫。

2）除了使探测器适合在非常密集的阵列中制造外，研究人员还表明亚微米传感区域能够实现超分辨率的探测和成像性能。还展示了比超声波检测波长小50倍的特征成像。

综上所述，探测器能够实现超声波读数的超小型化，使超声成像的分辨率与光学显微镜相当，并有可能在硅芯片上开发出非常密集的超声阵列。

参考文献：

Shnaiderman, R., et al. A submicrometre silicon-on-insulator resonator for ultrasound detection. Nature 585, 372–378 (2020).

https://doi.org/10.1038/s41586-020-2685-y