Tấm áp điện PZT: Giải pháp hiệu suất cao cho MEMS thế hệ tiếp theo

Trong thời đại phát triển nhanh chóng của MEMS (Hệ thống vi cơ điện tử), việc lựa chọn vật liệu áp điện phù hợp là quyết định mang tính quyết định đối với hiệu suất của thiết bị. Tấm wafer màng mỏng PZT (Lead Zirconate Titanate) đã nổi lên như sự lựa chọn hàng đầu so với các lựa chọn thay thế như AlN (Aluminum Nitride), cung cấp khả năng ghép nối cơ điện vượt trội cho các cảm biến và bộ truyền động tiên tiến.

Vetek Semiconductor cung cấp các tấm bán dẫn PZT-on-Si/SOI hàng đầu trong ngành. Tận dụng quá trình lắng đọng màng mỏng tiên tiến, chúng tôi mang lại độ đồng nhất và chất lượng tinh thể đặc biệt của màng, được thiết kế đặc biệt để vượt qua các rào cản chung của ngành như độ mỏi của màng và suy giảm hiệu suất.

Kiến trúc cốt lõi: Sức mạnh tổng hợp của Pt và PZT

Tính toàn vẹn của ngăn xếp nhiều lớp là nền tảng cho hiệu suất sắt điện. Tấm wafer của chúng tôi sử dụng một chồng điện cực kim loại và màng mỏng gốm được thiết kế chính xác:

• Lõi áp điện PZT:Quá trình của chúng tôi tập trung vào việc kiểm soát định hướng tinh thể một cách nghiêm ngặt. Theo Muralt (2000), PZT với hướng ưu tiên (100) hoặc (001) mang lại hằng số áp điện theo chiều dọc cao hơn đáng kể. Sự lắng đọng được tối ưu hóa của Vetek đảm bảo định hướng mạnh mẽ (100), cho phép tạo ra năng lượng lớn ngay cả ở độ dày cấp micron.
• Lớp điện cực Pt tới hạn:Bạch kim (Pt) vừa đóng vai trò là ống dẫn điện vừa là khuôn mẫu phát triển cho PZT. Nổi tiếng vì tính dẫn điện cao và ổn định nhiệt trong môi trường giàu oxy, Pt là tiêu chuẩn vàng công nghiệp cho các điện cực đáy (Takahashi và cộng sự, 1994). Chúng tôi duy trì độ nhám bề mặt cực thấp (Ra <= 1,0 nm) để cung cấp giao diện lý tưởng cho quá trình tạo mầm PZT.
• Lớp đệm tích hợp:Để ngăn chặn sự khuếch tán nguyên tố giữa PZT và chất nền Silicon, chúng tôi kết hợp hệ thống Lớp đệm chính xác. Các lớp này hoạt động như một rào cản vật lý và bộ đệm ứng suất, ngăn chặn sự phân tách màng và đảm bảo độ tin cậy cơ học của toàn bộ tấm bán dẫn trong quá trình khắc MEMS phức tạp.

Ứng dụng mục tiêu: PZT được sử dụng ở đâu?

Tấm wafer PZT hiệu suất cao rất cần thiết cho các ứng dụng yêu cầu cảm biến cơ-điện chính xác hoặc truyền động điện-cơ:

• Điện tử tiêu dùng (PMUT):Khách hàng mục tiêu bao gồm các nhà sản xuất mô-đun điện thoại thông minh và các công ty bảo mật sinh trắc học. Trường hợp sử dụng: Phim PZT tạo ra sóng siêu âm tần số cao để nhận biết dấu vân tay dưới màn hình. So với các giải pháp cũ, PMUT dựa trên PZT mang lại khả năng thâm nhập sâu hơn và độ phân giải cao hơn (Akbari và cộng sự, 2016), cho phép xác thực sinh trắc học 3D an toàn.
• Viễn thông (RF MEMS):Khách hàng mục tiêu bao gồm các nhà thiết kế chip mặt trước RF và nhà cung cấp cơ sở hạ tầng 5G/6G. Ca sử dụng: Sử dụng hệ số ghép cơ điện cao của PZT để tạo ra các bộ lọc có thể điều chỉnh được. Điều này giảm thiểu tình trạng mất tín hiệu và mở rộng băng thông, điều này rất quan trọng trong việc quản lý tắc nghẽn phổ tần trong mạng 5G.
• In công nghiệp:Khách hàng mục tiêu bao gồm các nhà sản xuất máy in phun công nghiệp và nhà sản xuất màn hình linh hoạt (OLED). Trường hợp sử dụng: Tấm wafer PZT được gia công vi mô thành bộ truyền động cực nhanh. Bằng cách làm biến dạng buồng mực ngay lập tức, họ đạt được khả năng phân phối chất lỏng có độ chính xác pico-lít, nền tảng cho sản xuất OLED và in 3D độ phân giải cao.
• Chăm sóc sức khỏe:Khách hàng mục tiêu bao gồm R&D thiết bị y tế và các công ty khởi nghiệp về siêu âm cầm tay. Ca sử dụng: Điều khiển đầu dò Siêu âm nội mạch (IVUS) để chụp ảnh bên trong. Nó cũng đóng vai trò là trung tâm của máy phun khí dung y tế im lặng, hiệu quả cao để phân phối thuốc theo mục tiêu.
• Ô tô:Khách hàng mục tiêu bao gồm các nhà cung cấp giải pháp lái xe tự động và nhà phát triển HMI buồng lái thông minh. Ca sử dụng: Mở rộng phạm vi phát hiện của cảm biến siêu âm ô tô. Ngoài ra, nó còn cung cấp Phản hồi xúc giác trong màn hình cảm ứng, mô phỏng cảm giác xúc giác của các nút vật lý.

Tại sao chọn chất bán dẫn Vetek?

• Thông số vượt trội:Hằng số áp điện d31 thường đạt 200 pC/N, với hệ số e31 ổn định ở -15 C/m2.
• Chất nền đa năng:Có sẵn ở định dạng 6 inch và 8 inch, bao gồm cả chất nền SOI có điện trở suất cao (> 5000 ohm/cm).
• Tùy chỉnh riêng:Chúng tôi hỗ trợ Tấm wafer do khách hàng cung cấp (Dịch vụ đúc) và có thể tùy chỉnh tỷ lệ độ dày của các lớp PZT và Pt để phù hợp với yêu cầu tần số cộng hưởng cụ thể của bạn.

Tác giả:Sera Lee

Tài liệu tham khảo học thuật:

[1] Bức tranh tường, P. (2000). "Màng mỏng PZT dành cho vi cảm biến và bộ truyền động: vấn đề và tiến bộ."Tạp chí Vi cơ học và Kỹ thuật vi mô.

[2] Trolier-McKinstry, S., và cộng sự. (2018). "Màng mỏng áp điện cho MEMS."Đánh giá hàng năm về nghiên cứu vật liệu.

[3] Akbari, M., và cộng sự. (2016). "Đầu dò siêu âm vi máy áp điện (pMUT) dành cho hình ảnh y tế."Trong bộ cộng hưởng MEMS áp điện.