Piezoelektrické doštičky PZT: vysokovýkonné riešenia pre MEMS novej generácie

V ére rýchleho vývoja MEMS (Micro-Electromechanical Systems) je výber správneho piezoelektrického materiálu rozhodujúcim rozhodnutím pre výkon zariadenia. Tenkovrstvové doštičky PZT (olovnatý zirkonát titanát) sa ukázali ako najlepšia voľba oproti alternatívam, ako je AlN (nitrid hliníka), ponúkajúce vynikajúce elektromechanické spojenie pre špičkové snímače a akčné členy.

Vetek Semiconductor poskytuje špičkové doštičky PZT-on-Si/SOI. Využitím pokročilého nanášania tenkých vrstiev poskytujeme výnimočnú rovnomernosť a kryštalickú kvalitu filmu, špeciálne navrhnuté na prekonanie bežných priemyselných prekážok, ako je únava filmu a zhoršenie výkonu.

Základná architektúra: Synergia Pt a PZT

Integrita viacvrstvového zväzku je základom feroelektrického výkonu. Naše doštičky využívajú presne skonštruovaný zväzok kovových elektród a keramických tenkých vrstiev:

• Piezoelektrické jadro PZT:Náš proces sa zameriava na prísnu kontrolu orientácie kryštálov. Podľa Muralta (2000) poskytuje PZT s preferovanou orientáciou (100) alebo (001) výrazne vyššiu pozdĺžnu piezoelektrickú konštantu. Optimalizované ukladanie Vetek zaisťuje silnú (100) orientáciu, čo umožňuje masívny energetický výstup aj pri hrúbkach na úrovni mikrónov.
• Vrstva kritickej Pt elektródy:Platina (Pt) slúži ako elektrické vedenie aj rastová šablóna pre PZT. Pt, známy svojou vysokou vodivosťou a tepelnou stabilitou v prostrediach bohatých na kyslík, je zlatým priemyselným štandardom pre spodné elektródy (Takahashi et al., 1994). Udržiavame ultra nízku drsnosť povrchu (Ra <= 1,0 nm), aby sme poskytli ideálne rozhranie pre nukleáciu PZT.
• Integrované vyrovnávacie vrstvy:Na potlačenie elementárnej difúzie medzi PZT a kremíkovým substrátom začleňujeme presný systém vyrovnávacej vrstvy. Tieto vrstvy pôsobia ako fyzikálna bariéra a tlmič napätia, ktoré zabraňujú delaminácii filmu a zaisťujú mechanickú spoľahlivosť celého plátku počas komplexného leptania MEMS.

Cieľové aplikácie: Kde sa PZT používa?

Vysokovýkonné doštičky PZT sú nevyhnutné pre aplikácie vyžadujúce presné mechanicko-elektrické snímanie alebo elektrické-mechanické ovládanie:

• Spotrebná elektronika (PMUT):Cieľovými klientmi sú výrobcovia modulov smartfónov a firmy na zabezpečenie biometrických údajov. Prípad použitia: Fólie PZT generujú vysokofrekvenčné ultrazvukové vlny na snímanie odtlačkov prstov pod displejom. V porovnaní so staršími riešeniami ponúkajú PMUT na báze PZT hlbšiu penetráciu a vyššie rozlíšenie (Akbari et al., 2016), čo umožňuje bezpečnú 3D biometrickú autentifikáciu.
• Telekomunikácie (RF MEMS):Medzi cieľových klientov patria návrhári RF front-end čipov a poskytovatelia infraštruktúry 5G/6G. Prípad použitia: Využitie vysokého koeficientu elektromechanickej väzby PZT na vytvorenie laditeľných filtrov. To minimalizuje stratu signálu a rozširuje šírku pásma, čo je rozhodujúce pre riadenie preťaženia spektra v sieťach 5G.
• Priemyselná tlač:Cieľovými klientmi sú výrobcovia priemyselných atramentových tlačiarní a výrobcovia flexibilných displejov (OLED). Prípad použitia: Doštičky PZT sú mikroobrábané do ultrarýchlych akčných členov. Okamžitou deformáciou atramentovej komory dosahujú pikolitrové presné dávkovanie tekutiny, čo je základný kameň výroby OLED a 3D tlače vo vysokom rozlíšení.
• zdravotná starostlivosť:Cieľovými klientmi sú výskum a vývoj zdravotníckych zariadení a začínajúce ručné ultrazvukové zariadenia. Prípad použitia: Riadenie intravaskulárnych ultrazvukových (IVUS) sond na vnútorné zobrazovanie. Slúži tiež ako srdce vysoko účinných, tichých lekárskych rozprašovačov na cielené podávanie liečiv.
• Automobilový priemysel:Cieľovými klientmi sú poskytovatelia riešení pre autonómne riadenie a vývojári inteligentných kokpitov HMI. Prípad použitia: Rozšírenie detekčného rozsahu automobilových ultrazvukových senzorov. Okrem toho poskytuje hmatovú spätnú väzbu na dotykových obrazovkách, čím simuluje hmatový dotyk fyzických tlačidiel.

Prečo si vybrať Vetek Semiconductor?

• Špičkové parametre:Piezoelektrická konštanta d31 typicky dosahuje 200 pC/N, s koeficientom e31 stabilným pri -15 C/m2.
• Všestranné substráty:K dispozícii v 6-palcových a 8-palcových formátoch, vrátane substrátov SOI s vysokým odporom (> 5000 ohm/cm).
• Prispôsobenie na mieru:Podporujeme doštičky dodávané zákazníkom (zlievarenská služba) a môžeme prispôsobiť pomer hrúbky vrstiev PZT a Pt tak, aby zodpovedal vašim špecifickým požiadavkám na rezonančnú frekvenciu.

autor:Sera Lee

Akademické referencie:

[1] Muralt, P. (2000). "Tenké filmy PZT pre mikrosenzory a ovládače: problémy a pokrok."Journal of Micromechanics and Microengineering.

[2] Trolier-McKinstry, S., a kol. (2018). "Piezoelektrické tenké filmy pre MEMS."Ročný prehľad materiálového výskumu.

[3] Akbari, M., a kol. (2016). "Piezoelektrické mikroobrobené ultrazvukové prevodníky (pMUT) pre lekárske zobrazovanie."V piezoelektrických MEMS rezonátoroch.