П'єзоелектричні пластини PZT: високоефективні рішення для MEMS наступного покоління

В епоху швидкого розвитку MEMS (мікроелектромеханічних систем) вибір правильного п’єзоелектричного матеріалу є вирішальним рішенням для продуктивності пристрою. Тонкоплівкові пластини PZT (цирконат-титанат свинцю) стали найкращим вибором порівняно з такими альтернативами, як AlN (нітрид алюмінію), пропонуючи чудовий електромеханічний зв’язок для найсучасніших датчиків і приводів.

Vetek Semiconductor надає провідні в галузі пластини PZT-on-Si/SOI. Використовуючи вдосконалене нанесення тонкої плівки, ми забезпечуємо виняткову однорідність плівки та кристалічну якість, спеціально розроблену для подолання типових галузевих перешкод, таких як втома плівки та погіршення продуктивності.

Основна архітектура: синергія Pt і PZT

Цілісність багатошарового стека є фундаментальною для сегнетоелектричних характеристик. У наших пластинах використовується високоточно сконструйований пакет металевих електродів і тонких керамічних плівок:

• П'єзоелектричний сердечник PZT:Наш процес зосереджений на суворому контролі орієнтації кристалів. Відповідно до Muralt (2000), PZT з переважною орієнтацією (100) або (001) дає значно вищу поздовжню п’єзоелектричну постійну. Оптимізоване осадження Vetek забезпечує сильну (100) орієнтацію, забезпечуючи потужний вихід енергії навіть при мікронній товщині.
• Критичний платиновий електродний шар:Платина (Pt) служить як електричним каналом, так і матрицею росту для PZT. Pt, відомий своєю високою провідністю та термічною стабільністю в середовищах, багатих киснем, є промисловим золотим стандартом для нижніх електродів (Takahashi et al., 1994). Ми підтримуємо наднизьку шорсткість поверхні (Ra <= 1,0 нм), щоб забезпечити ідеальний інтерфейс для зародження PZT.
• Інтегровані буферні шари:Щоб придушити елементарну дифузію між PZT і кремнієвою підкладкою, ми використовуємо систему точного буферного шару. Ці шари діють як фізичний бар’єр і буфер напруги, запобігаючи розшаруванню плівки та забезпечуючи механічну надійність усієї пластини під час складного травлення MEMS.

Цільове застосування: де використовується PZT?

Високоефективні пластини PZT є важливими для застосувань, які вимагають точного механічного електричного датчика або електричного механічного приводу:

• Споживча електроніка (PMUT):Цільовими клієнтами є виробники модулів смартфонів і фірми, що займаються біометричною безпекою. Випадок використання: плівки PZT генерують високочастотні ультразвукові хвилі для сканування відбитків пальців під дисплеєм. Порівняно із застарілими рішеннями, PMUT на основі PZT пропонують глибше проникнення та вищу роздільну здатність (Akbari et al., 2016), забезпечуючи безпечну 3D-біометричну автентифікацію.
• Телекомунікації (RF MEMS):Цільові клієнти включають розробників радіочастотних мікросхем і постачальників інфраструктури 5G/6G. Випадок використання: використання високого електромеханічного коефіцієнта зв’язку PZT для створення регульованих фільтрів. Це мінімізує втрати сигналу та розширює смугу пропускання, що є критично важливим для керування перевантаженням спектру в мережах 5G.
• Промисловий друк:Цільові клієнти включають виробників промислових струменевих принтерів і виробників гнучких дисплеїв (OLED). Випадок використання: пластини PZT оброблені на мікромашинах у надшвидкісні приводи. Миттєво деформуючи чорнильну камеру, вони досягають піколітрового точного дозування рідини, наріжного каменю для виробництва OLED і 3D-друку з високою роздільною здатністю.
• Охорона здоров'я:Цільові клієнти включають науково-дослідницькі та дослідно-конструкторські роботи в галузі медичного обладнання та стартапи портативного ультразвукового обладнання. Випадок використання: керування внутрішньосудинними ультразвуковими зондами (IVUS) для внутрішньої візуалізації. Він також служить серцем високоефективних безшумних медичних небулайзерів для цільової доставки ліків.
• Автомобільний:Цільові клієнти включають постачальників рішень для автономного водіння та розробників HMI з розумною кабіною. Випадок використання: розширення діапазону виявлення автомобільних ультразвукових датчиків. Крім того, він забезпечує тактильний зворотний зв’язок на сенсорних екранах, імітуючи тактильне відчуття фізичних кнопок.

Чому варто вибрати Vetek Semiconductor?

• Чудові параметри:П'єзоелектрична постійна d31 зазвичай досягає 200 пКл/Н, а коефіцієнт e31 стабільний при -15 C/м2.
• Універсальні підкладки:Доступний у форматах 6 і 8 дюймів, включаючи підкладки SOI з високим опором (> 5000 Ом/см).
• Індивідуальне налаштування:Ми підтримуємо пластини, що поставляються замовником (ливарні послуги), і можемо налаштувати співвідношення товщини шарів PZT і Pt відповідно до ваших конкретних вимог до резонансної частоти.

Автор:Сера Лі

Академічні довідки:

[1] Муралт, П. (2000). «Тонкі плівки PZT для мікросенсорів та актюаторів: проблеми та прогрес».Журнал мікромеханіки та мікроінженерії.

[2] Trolier-McKinstry, S., et al. (2018). «П'єзоелектричні тонкі плівки для MEMS».Річний огляд дослідження матеріалів.

[3] Акбарі М. та ін. (2016). «П’єзоелектричні мікромашинні ультразвукові перетворювачі (pMUT) для медичної візуалізації».У п’єзоелектричних МЕМС-резонаторах.