PZT пьезоэлектрлік пластиналар: келесі буын MEMS үшін жоғары өнімді шешімдер

MEMS (микро-электромеханикалық жүйелер) жылдам эволюциясы дәуірінде дұрыс пьезоэлектрлік материалды таңдау құрылғы өнімділігі үшін жасау немесе бұзу шешімі болып табылады. PZT (Қорғасын Цирконат Титанаты) жұқа қабықшалы пластиналар AlN (алюминий нитриді) сияқты балама нұсқаларға қарағанда алдыңғы қатарлы датчиктер мен жетектер үшін жоғары электромеханикалық муфтаны ұсынатын таңдаулы таңдау ретінде пайда болды.

Vetek Semiconductor компаниясы саладағы жетекші PZT-on-Si/SOI пластинкаларын ұсынады. Жетілдірілген жұқа үлдір тұндыру мүмкіндігін пайдалана отырып, біз пленканың шаршауы және өнімділіктің төмендеуі сияқты жалпы салалық кедергілерді еңсеру үшін арнайы әзірленген ерекше пленка біркелкілігі мен кристалдық сапасын қамтамасыз етеміз.

Негізгі архитектура: Pt және PZT синергиясы

Көп қабатты стектің тұтастығы ферроэлектрлік өнімділіктің негізі болып табылады. Біздің пластиналар металл электродтар мен керамикалық жұқа қабықшалардың дәлдікпен жасалған стектерін пайдаланады:

• PZT пьезоэлектрлік ядросы:Біздің процесс кристалды бағдарлауды қатаң бақылауға бағытталған. Muralt (2000) сәйкес PZT (100) немесе (001) артықшылықты бағдары айтарлықтай жоғары бойлық пьезоэлектрлік тұрақты береді. Vetek оңтайландырылған тұндыру микрон деңгейіндегі қалыңдықта да үлкен энергия шығаруға мүмкіндік беретін күшті (100) бағдарды қамтамасыз етеді.
• Критикалық Pt электродты қабаты:Платина (Pt) PZT үшін электр өткізгіш және өсу үлгісі ретінде қызмет етеді. Оттегіге бай ортада жоғары өткізгіштігімен және жылу тұрақтылығымен танымал, Pt төменгі электродтар үшін салалық алтын стандарт болып табылады (Такахаши және т.б., 1994). Біз PZT нуклеациясы үшін тамаша интерфейсті қамтамасыз ету үшін өте төмен бетінің кедір-бұдырлығын (Ra <= 1,0 нм) сақтаймыз.
• Біріктірілген буфер қабаттары:PZT мен кремний субстраты арасындағы элементтік диффузияны басу үшін біз дәл буфер қабатының жүйесін қосамыз. Бұл қабаттар физикалық тосқауыл және кернеу-буфер ретінде әрекет етеді, пленканың деламиминациясын болдырмайды және күрделі MEMS өңдеу кезінде бүкіл пластинаның механикалық сенімділігін қамтамасыз етеді.

Мақсатты қолданбалар: PZT қайда қолданылады?

Жоғары өнімді PZT пластиналары дәл механикалық-электрлік анықтауды немесе электрлік-механикалық іске қосуды қажет ететін қолданбалар үшін өте маңызды:

• Тұрмыстық электроника (PMUT):Мақсатты клиенттерге смартфон модулін өндірушілер мен биометриялық қауіпсіздік фирмалары кіреді. Қолдану жағдайы: PZT пленкалары дисплейдің астындағы саусақ ізін анықтау үшін жоғары жиілікті ультрадыбыстық толқындарды жасайды. Бұрынғы шешімдермен салыстырғанда, PZT негізіндегі PMUT құрылғылары қауіпсіз 3D биометриялық аутентификацияға мүмкіндік беретін тереңірек ену мен жоғары ажыратымдылықты ұсынады (Akbari және т.б., 2016).
• Телекоммуникациялар (RF MEMS):Мақсатты клиенттерге RF фронтальды чип дизайнерлері және 5G/6G инфрақұрылым провайдерлері кіреді. Қолдану жағдайы: реттелетін сүзгілерді жасау үшін PZT жоғары электромеханикалық байланыс коэффициентін пайдалану. Бұл сигналдың жоғалуын азайтады және өткізу қабілеттілігін кеңейтеді, бұл 5G желілеріндегі спектрдің кептелуін басқару үшін маңызды.
• Өнеркәсіптік басып шығару:Мақсатты клиенттерге өнеркәсіптік сия бүріккіш принтер өндірушілері мен икемді дисплей (OLED) өндірушілері кіреді. Қолдану жағдайы: PZT пластиналары өте жылдам жетектерге микро өңдеуден жасалған. Сия камерасын лезде деформациялау арқылы олар OLED өндірісі мен жоғары ажыратымдылықтағы 3D басып шығарудың негізгі іргетасы болып табылатын пиколитрлік дәлдіктегі сұйықтықты бөлуге қол жеткізеді.
• Денсаулық сақтау:Мақсатты клиенттерге медициналық құрылғылардың ғылыми-зерттеу жұмыстары және қолмен жүретін ультрадыбыстық стартаптар кіреді. Қолдану жағдайы: Ішкі бейнелеуге арналған тамырішілік ультрадыбыстық (IVUS) зондтарын жүргізу. Ол сонымен қатар дәрі-дәрмекті мақсатты түрде жеткізуге арналған жоғары тиімді, үнсіз медициналық небулайзерлердің жүрегі ретінде қызмет етеді.
• Автокөлік:Мақсатты клиенттерге автономды жүргізу шешімдерін жеткізушілер мен смарт кабинаның HMI әзірлеушілері кіреді. Қолдану жағдайы: Автомобильдік ультрадыбыстық сенсорларды анықтау ауқымын кеңейту. Оған қоса, ол физикалық түймелердің тактильді сезімін имитациялай отырып, сенсорлық экрандарда Haptic Feedback қамтамасыз етеді.

Неліктен Vetek Semiconductor таңдау керек?

• Жоғары параметрлер:d31 пьезоэлектрлік тұрақтысы әдетте 200 pC/N жетеді, e31 коэффициенті -15 С/м2 тұрақты.
• Әмбебап субстраттар:6 дюймдік және 8 дюймдік пішімдерде, соның ішінде жоғары кедергісі бар SOI субстраттарында (> 5000 Ом/см) қол жетімді.
• Арнайы теңшеу:Біз Тұтынушы беретін вафельді (құю қызметі) қолдаймыз және PZT және Pt қабаттарының қалыңдығының арақатынасын резонанс жиілігінің нақты талаптарына сәйкестендіру үшін теңшей аламыз.

Авторы:Сера Ли

Академиялық сілтемелер:

[1] Muralt, P. (2000). «Микросенсорлар мен жетектерге арналған PZT жұқа қабықшалары: проблемалар мен прогресс».Микромеханика және микроинженерия журналы.

[2] Trolier-McKinstry, S., et al. (2018). «MEMS үшін пьезоэлектрлік жұқа пленкалар».Материалдарды зерттеудің жылдық шолуы.

[3] Акбари, М., т.б. (2016). «Медициналық бейнелеуге арналған пьезоэлектрлік микромашиналы ультрадыбыстық түрлендіргіштер (pMUTs).»Пьезоэлектрлік MEMS резонаторларында.