Piezoelektrične rezine PZT: visoko zmogljive rešitve za MEMS naslednje generacije

V dobi hitrega razvoja MEMS (mikroelektromehanskih sistemov) je izbira pravega piezoelektričnega materiala odločilna odločitev za delovanje naprave. Tankoplastne rezine PZT (svinčev cirkonat titanat) so postale najboljša izbira pred alternativami, kot je AlN (aluminijev nitrid), saj ponujajo vrhunsko elektromehansko sklopitev za vrhunske senzorje in aktuatorje.

Vetek Semiconductor ponuja vodilne PZT-on-Si/SOI rezine v industriji. Z izkoriščanjem naprednega tankoslojnega nanašanja zagotavljamo izjemno enakomernost filma in kristalno kakovost, posebej zasnovano za premagovanje običajnih industrijskih ovir, kot sta utrujenost filma in poslabšanje zmogljivosti.

Osnovna arhitektura: sinergija Pt in PZT

Celovitost večplastnega sklada je temeljnega pomena za feroelektrično delovanje. Naše rezine uporabljajo natančno izdelan sklop kovinskih elektrod in keramičnih tankih filmov:

• Piezoelektrično jedro PZT:Naš proces se osredotoča na strog nadzor orientacije kristalov. Po Muraltu (2000) daje PZT s prednostno orientacijo (100) ali (001) znatno višjo vzdolžno piezoelektrično konstanto. Vetek-ovo optimizirano nanašanje zagotavlja močno (100) orientacijo, kar omogoča veliko količino energije tudi pri mikronskih debelinah.
• Kritična Pt elektrodna plast:Platina (Pt) služi tako kot električni vod kot kot rastna predloga za PZT. Slovi po svoji visoki prevodnosti in toplotni stabilnosti v okoljih, bogatih s kisikom, Pt je zlati industrijski standard za spodnje elektrode (Takahashi et al., 1994). Ohranjamo izjemno nizko površinsko hrapavost (Ra <= 1,0 nm), da zagotovimo idealen vmesnik za nukleacijo PZT.
• Integrirani medpomnilniški sloji:Za zatiranje elementarne difuzije med PZT in silicijevo podlago vključujemo natančen sistem vmesnega sloja. Ti sloji delujejo kot fizična pregrada in blažilnik napetosti, preprečujejo razslojevanje filma in zagotavljajo mehansko zanesljivost celotne rezine med kompleksnim jedkanjem MEMS.

Ciljne aplikacije: Kje se uporablja PZT?

Visokozmogljive rezine PZT so bistvenega pomena za aplikacije, ki zahtevajo natančno mehansko-električno zaznavanje ali električno-mehansko aktiviranje:

• Zabavna elektronika (PMUT):Ciljne stranke vključujejo proizvajalce modulov pametnih telefonov in podjetja za biometrično varnost. Primer uporabe: PZT filmi ustvarjajo visokofrekvenčne ultrazvočne valove za zaznavanje prstnih odtisov pod zaslonom. V primerjavi s podedovanimi rešitvami PMUT-ji na osnovi PZT ponujajo globlji prodor in višjo ločljivost (Akbari et al., 2016), kar omogoča varno 3D biometrično avtentikacijo.
• Telekomunikacije (RF MEMS):Ciljne stranke vključujejo oblikovalce RF sprednjih čipov in ponudnike infrastrukture 5G/6G. Primer uporabe: uporaba visokega elektromehanskega sklopitvenega koeficienta PZT za ustvarjanje nastavljivih filtrov. To zmanjša izgubo signala in razširi pasovno širino, kar je ključnega pomena za upravljanje prezasedenosti spektra v omrežjih 5G.
• Industrijski tisk:Ciljne stranke so proizvajalci industrijskih brizgalnih tiskalnikov in proizvajalci prilagodljivih zaslonov (OLED). Primer uporabe: rezine PZT so mikrostrojno obdelane v ultra hitre aktuatorje. S takojšnjo deformacijo komore za črnilo dosežejo pikolitrsko natančno doziranje tekočine, temelj za proizvodnjo OLED in 3D-tiskanje visoke ločljivosti.
• Zdravstveno varstvo:Ciljne stranke vključujejo raziskave in razvoj medicinskih pripomočkov ter novoustanovljena podjetja za ročne ultrazvoke. Primer uporabe: Pogon intravaskularnih ultrazvočnih (IVUS) sond za notranje slikanje. Služi tudi kot srce visoko učinkovitih, tihih medicinskih nebulatorjev za ciljno dajanje zdravil.
• Avtomobilizem:Ciljne stranke vključujejo ponudnike rešitev za avtonomno vožnjo in razvijalce HMI pametnega kokpita. Primer uporabe: Razširitev obsega zaznavanja avtomobilskih ultrazvočnih senzorjev. Poleg tega zagotavlja Haptic Feedback na zaslonih na dotik, ki simulirajo taktilni občutek fizičnih gumbov.

Zakaj izbrati Vetek Semiconductor?

• Vrhunski parametri:Piezoelektrična konstanta d31 običajno doseže 200 pC/N, koeficient e31 pa je stabilen pri -15 C/m2.
• Vsestranski substrati:Na voljo v 6-palčnih in 8-palčnih formatih, vključno s substrati SOI z visoko upornostjo (> 5000 ohm/cm).
• Prilagajanje po meri:Podpiramo rezine, ki jih dobavljajo stranke (livarske storitve) in lahko prilagodimo razmerje debeline plasti PZT in Pt, da ustrezajo vašim specifičnim zahtevam po resonančni frekvenci.

Avtor:Sera Lee

Akademske reference:

[1] Muralt, P. (2000). "PZT tanke plasti za mikrosenzorje in aktuatorje: težave in napredek."Journal of Micromechanics and Microengineering.

[2] Trolier-McKinstry, S., et al. (2018). "Piezoelektrični tanki filmi za MEMS."Letni pregled raziskav materialov.

[3] Akbari, M., et al. (2016). "Piezoelektrični mikrostrojni ultrazvočni pretvorniki (pMUT) za medicinsko slikanje."V piezoelektričnih resonatorjih MEMS.