精密退火将半导体压电灵敏度提高到创纪录水平
电子与传感器内幕
一种新记录的退火方法将半导体材料的压电响应提高到前所未有的水平。米泽田教授（左）为该研究的通讯作者，博士生Shubham Mondal（右）为该研究的共同第一作者。 （图片：Marcin Szczepanski，密歇根工程学院。）密歇根大学工程研究人员最近领导的一项研究记录了通过在某些半导体材料的工业制造过程中添加一个简单的步骤可以实现更强的手机信号、更准确的传感器和更清洁的能源。
半导体材料能够将机械应力转化为电能（一种称为压电的特性），是我们日常使用的技术的重要组成部分。在手机中，压电材料会过滤来自天线的传入信号，以减少不需要的噪声。在汽车中，他们会打开安全气囊并监测轮胎压力。
“我们的团队使用相当简单的退火工艺，显着增强了氮化铝钪薄膜的压电响应，氮化铝钪薄膜是一种用于下一代微电子和光子学的新兴半导体，”Pallab K. Bhattacharya 学院工程教授兼《自然通讯》研究通讯作者 Zetian Mi 说道。 .
通过在专门的腔室中将薄膜加热到 700 摄氏度两个小时，米的团队将材料的压电性提高了八倍，比市场上当前技术使用的压电性高出八倍。
压电材料在这种规模上的增强有潜力改变从航空航天到医疗保健再到能源等各个领域的技术。提高对压力和振动的敏感度可以改进监控设备安全和结构健康的传感器，推进超声波程序，并使交通灯能够通过道路上卡车的隆隆声来供电。
研究人员还弄清楚了加热过程如何通过纠正微小晶体薄层中的缺陷来提高材料的性能。
“这种材料的压电响应是来自特定方向的结构‘晶粒’的贡献。当薄膜刚刚生长时，这些晶粒通常没有完全取向，其中一些晶粒不能有效地促进整体压电响应，”密歇根大学电气和计算机工程博士生、该研究的共同第一作者 Shubham Mondal 说。
“退火过程为薄膜提供了一些额外的能量，使晶粒更好地定向。这在一定程度上是它们压电响应增强的原因，”密歇根大学电气和计算机工程博士生、该研究的共同第一作者 Md Mehedi Hasan Tanim 说。
该团队计划对氮化钪铝的退火过程进行测试，该氮化钪铝氮化物使用分子束外延等生产更高质量材料的方法生长，以查看它们是否可以进一步提高压电响应。
米说，与此同时，改善压电性能所需的材料和工艺实际上与当前的制造标准相同。该研究的见解使行业能够在无需大量额外成本的情况下大幅提高其产品的功能。
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