I diamanti trovano finalmente piede sul palco dei semiconduttori — per i test rapidi COVID-19

16 ore fa p Tyler Charboneau I test COVID-19 si sono riempiti di complessità con le aziende che si sono arrampicate per introdurre sul mercato nuove misure di test. Mentre la disponibilità dei test a casa è migliorata, la diagnosi di laboratorio e dei punti di cura è rimasta indietro rispetto alla domanda pubblica. Una società dell'Illinois ora spera di invertire la tendenza.
AKHAN Semiconductor è noto per l'uso di diamanti come semiconduttori a banda larga (WBG) per la tecnologia informatica. Ma ora, l'azienda sta utilizzando la sua piattaforma Miraj Diamond per accelerare lo sviluppo dei dispositivi di test COVID. Secondo AKHAN, il materiale iper-conduttivo risolverà molti problemi esistenti con scalabilità, prezzi e velocità dei test.
AKHAN vede la sua tecnologia dei materiali come un perno fondamentale nelle applicazioni che utilizzano transistor ad effetto di campo biosensing (Bio-FET). I dispositivi Bio-FET, basati sulla struttura MOSFET, utilizzano componenti di biosensing per analizzare gli agenti virali. I bio-FET sono un tipo di transistor sensibile agli ioni di campo (ISFET). Sostituiscono i tradizionali cancelli metallici con soluzioni elettrolitiche. L'esclusiva soluzione Bio-FET di AKHAN è sintonizzabile per sospensioni di gas e liquidi, rendendola adatta per analisi biologiche. Può funzionare anche a temperature superiori a 300 ° C.
Mentre altri test rapidi per COVID-19 possono valutare l'infezione in cinque o quindici minuti, i sistemi Bio-FET possono fornire risultati in pochi secondi. Gli scienziati hanno sfruttato questi risultati immediati per testare Ebola e SARS. COVID è analogo all'86% con la SARS (un altro coronavirus), rendendolo un'aggiunta naturale a tale elenco.
L'integrità strutturale dei sistemi Bio-FET è stata un punto dolente duraturo. I componenti interni ed esterni sono sensibili. In confronto, AKHAN Semiconductor afferma che Miraj Diamond gestisce le alte temperature in modo molto più rapido offrendo allo stesso tempo una maggiore longevità.
La società afferma inoltre che i componenti Miraj raggiungono lo spessore di 1/1000 di soluzioni concorrenti. Tuttavia, l'integrazione della tecnologia di base non è stata priva di singhiozzi. Il CEO Adam Khan spiega: "Le principali sfide sono state l'attaccamento forte e sensibile dello strato di collegamento anticorpale ... al design dei dispositivi elettronici.
" Quello strato costituisce "l'aspetto biologico unico del dispositivo". I diamanti nanocristallini sono biocompatibili con sangue, virus e anticorpi. I professionisti devono sterilizzare i componenti del dispositivo tra i test.
I componenti Diamond possono resistere a trattamenti ripetuti con prodotti chimici aggressivi, aumentandone l'usabilità a lungo termine. Le macchine per i test sono complesse: sia il rilevamento dei virus che i sistemi elettrici devono essere ottimizzati. AKHAN afferma che il loro materiale diamantato isola facilmente le tensioni, rendendolo utile per applicazioni molto esigenti.
AKHAN afferma inoltre che i semiconduttori diamantati funzionano con un'efficienza almeno del 90% maggiore rispetto alle soluzioni alternative. La conservazione del potere è la chiave. L'epidemia di COVID-19 ha avuto un impatto sulla produzione di semiconduttori su larga scala.
Molte aziende hanno spostato le operazioni regolari nella progettazione di ventilatori e apparecchiature di collaudo. Abbiamo chiesto ad AKHAN Semiconductor in che modo prevedessero lo spostamento della produzione a causa della pandemia. Khan ha risposto: "Prevediamo che fino al 50% del nostro volume di produzione verrà spostato su dispositivi correlati a COVID nei prossimi 3 anni.
" È previsto un avvio immediato, ma AKHAN ha dato la priorità al rilevamento COVID-19 di vecchia data. Khan prevede inoltre un aumento della domanda di componenti Miraj Diamond: "La domanda crescerà in modo esponenziale e siamo pronti ad espandere la nostra produzione per soddisfare la curva della domanda, superiore a 10.000.000 di parti all'anno". Considerando che oltre 329 milioni di residenti vivono negli Stati Uniti, quel livello di produzione è estremamente necessario.
L'accesso ai test è fondamentale, quindi chi ne trarrà beneficio? Khan spera che la promettente scalabilità delle soluzioni diamantate faciliterà la "commercializzazione di massa per il punto di cura e il monitoraggio ambientale". I test universali non avverranno dall'oggi al domani, né la commercializzazione di massa. Gli OEM della diagnostica dei biosensori esistenti saranno i primi ad adottare questi componenti, secondo Khan.
L'azienda mira a perseguire vendite diffuse, una volta risolti i colli di bottiglia esistenti e il feedback ottimistico aumenta. AKHAN Semiconductor afferma che il suo diamante Miraj può migliorare i tradizionali design dei semiconduttori. Prodotto con un processo a semiconduttore da 200 mm, il Miraj Diamond viene creato sfruttando il gas metano come input, portando alla produzione di wafer di diamante.
Il cracking del metano su una superficie riscaldata (tramite una sfera al plasma) è un passaggio essenziale. L'impianto AKHAN è inoltre attrezzato per la prototipazione e il collaudo rapidi e interni. La società afferma che i suoi nanomateriali diamantati sono cinque volte più conduttivi del rame.
Conducono inoltre il calore 22 volte meglio del silicio. Ci vuole una quantità relativamente piccola di materiale per ottenere le stesse prestazioni dei materiali tradizionali. Per isolare 10.000 volt è necessario un diamante cinquanta volte meno del silicio.
Al di là dei test COVID-19, AKHAN prevede che i suoi semiconduttori a diamante faranno un salto in tutti i settori, con notevoli applicazioni tra cui "supercomputer più veloci, radar e telecomunicazioni avanzati, veicoli ibridi iper-efficienti, elettronica in ambienti estremi, aerospaziale e avionica di nuova generazione. " In un precedente articolo, Robert Keim, collaboratore della CAA, ha affermato che per molti aspetti il ​​diamante come semiconduttore del futuro era ancora nel regno teorico. Ma forse questo caso d'uso dei diamanti da laboratorio di AKHAN potrebbe essere la chiave tanto attesa per numerosi test COVID-19.
A parte SiC e GaN, che stanno diventando sempre più diffusi, quali semiconduttori a banda larga mostrano la più promessa nella tua mente? Condividi i tuoi pensieri nei commenti qui sotto ..