PZT piesoelektrilised vahvlid: suure jõudlusega lahendused järgmise põlvkonna MEMS-i jaoks

Kiire MEMS-i (mikroelektromehaaniliste süsteemide) evolutsiooni ajastul on õige piesoelektrilise materjali valimine seadme jõudluse jaoks otsustav otsus. PZT (plii tsirkonaattitanaat) õhukese kilega vahvlid on muutunud parimaks valikuks alternatiivide, nagu AlN (alumiiniumnitriid) ees, pakkudes tipptasemel andurite ja täiturmehhanismide jaoks parimat elektromehaanilist ühendust.

Vetek Semiconductor pakub tööstusharu juhtivaid PZT-on-Si/SOI-plaate. Kasutades täiustatud õhukese kile sadestamise võimalust, pakume kile erakordset ühtlust ja kristallilist kvaliteeti, mis on spetsiaalselt loodud ületama tööstusharus levinud tõkkeid, nagu kile väsimine ja jõudluse halvenemine.

Põhiarhitektuur: Pt ja PZT sünergia

Mitmekihilise virna terviklikkus on ferroelektrilise jõudluse jaoks ülioluline. Meie vahvlites kasutatakse täpselt konstrueeritud metallelektroodide ja keraamiliste õhukeste kilede virna:

• PZT piesoelektriline südamik:Meie protsess keskendub kristallide orientatsiooni rangele kontrollile. Muralti (2000) järgi annab (100) või (001) eelistatud orientatsiooniga PZT oluliselt kõrgema pikisuunalise piesoelektrilise konstandi. Veteki optimeeritud sadestus tagab tugeva (100) orientatsiooni, võimaldades tohutut energiaväljundit isegi mikroni paksuse korral.
• Kriitiline Pt-elektroodi kiht:Plaatina (Pt) toimib nii PZT elektrijuhtmena kui ka kasvumallina. Pt, mis on tuntud oma kõrge juhtivuse ja termilise stabiilsuse poolest hapnikurikkas keskkonnas, on põhjaelektroodide tööstuse kuldstandard (Takahashi et al., 1994). Säilitame ülimadala pinnakareduse (Ra <= 1,0 nm), et pakkuda ideaalset liidest PZT tuuma moodustamiseks.
• Integreeritud puhverkihid:Elementaarse difusiooni pärssimiseks PZT ja ränisubstraadi vahel lisame täpse puhverkihi süsteemi. Need kihid toimivad füüsilise barjäärina ja pingepuhvrina, takistades kile delaminatsiooni ja tagades kogu vahvli mehaanilise töökindluse keerulise MEMS-söövitamise ajal.

Sihtrakendused: kus PZT-d kasutatakse?

Suure jõudlusega PZT vahvlid on olulised rakenduste jaoks, mis nõuavad täpset mehaanilist-elektrilist andurit või elektrilist-mehaanilist käivitamist:

• Tarbeelektroonika (PMUT):Sihtklientide hulka kuuluvad nutitelefonimoodulite tootjad ja biomeetriliste turvaettevõtete ettevõtted. Kasutusjuhtum: PZT-kiled genereerivad kõrgsageduslikke ultrahelilaineid ekraanialuse sõrmejälgede tuvastamiseks. Võrreldes pärandlahendustega pakuvad PZT-põhised PMUT-id sügavamat läbitungimist ja suuremat eraldusvõimet (Akbari et al., 2016), võimaldades turvalist 3D-biomeetrilist autentimist.
• Telekommunikatsioon (RF MEMS):Sihtklientide hulka kuuluvad raadiosagedusliku esiotsa kiibidisainerid ja 5G/6G infrastruktuuri pakkujad. Kasutusjuhtum: PZT kõrge elektromehaanilise sidestuskoefitsiendi kasutamine häälestatavate filtrite loomiseks. See minimeerib signaali kadu ja laiendab ribalaiust, mis on kriitilise tähtsusega 5G-võrkude spektri ülekoormuse haldamisel.
• Tööstuslik trükkimine:Sihtklientide hulka kuuluvad tööstuslikud tindiprinterite tootjad ja paindliku ekraaniga (OLED) tootjad. Kasutusjuhtum: PZT vahvlid on mikrotöötlusega ülikiireteks täiturmehhanismideks. Tindikambrit hetkega deformeerides saavutavad nad pikoliitrise täppisvedeliku doseerimise, mis on OLED-i tootmise ja suure eraldusvõimega 3D-printimise nurgakivi.
• Tervishoid:Sihtklientide hulka kuuluvad meditsiiniseadmete uurimis- ja arendustegevuse ning käeshoitavate ultraheliseadmete käivitajad. Kasutusjuhtum: intravaskulaarse ultraheli (IVUS) sondide kasutamine sisemise pildistamise jaoks. See toimib ka suure tõhususega vaiksete meditsiiniliste nebulisaatorite südamena ravimite sihipäraseks kohaletoimetamiseks.
• Autotööstus:Sihtklientide hulka kuuluvad autonoomse sõidu lahenduste pakkujad ja nutikate kokpiti HMI arendajad. Kasutusjuhtum: autode ultraheliandurite tuvastusulatuse laiendamine. Lisaks pakub see puutetundlikel ekraanidel haptilist tagasisidet, simuleerides füüsiliste nuppude puutetundlikkust.

Miks valida Vetek Semiconductor?

• Suurepärased parameetrid:Piesoelektriline konstant d31 ulatub tavaliselt 200 pC/N, koefitsient e31 on stabiilne -15 C/m2 juures.
• Mitmekülgsed aluspinnad:Saadaval 6- ja 8-tollises vormingus, sealhulgas suure takistusega SOI substraadid (> 5000 oomi/cm).
• Eritellimusel kohandamine:Toetame kliendi tarnitud vahvleid (valuteenus) ja saame kohandada PZT ja Pt kihtide paksuse suhet vastavalt teie konkreetsetele resonantssageduse nõuetele.

Autor:Sera Lee

Akadeemilised viited:

[1] Muralt, P. (2000). "PZT õhukesed kiled mikrosensorite ja täiturmehhanismide jaoks: probleemid ja edenemine."Micromechanics and Microengineeringu ajakiri.

[2] Trolier-McKinstry, S. et al. (2018). "Piesoelektrilised õhukesed kiled MEMS-i jaoks."Materjaliuuringute aastaülevaade.

[3] Akbari, M. et al. (2016). "Piesoelektrilised mikrotöötlusega ultrahelimuundurid (pMUT-id) meditsiiniliseks pildistamiseks."Piesoelektrilistes MEMS-resonaatorites.