정밀 어닐링으로 반도체 압전 감도를 기록적인 수준으로 향상

전자 및 센서 내부자

새로 문서화된 어닐링 방법은 반도체 재료의 압전 반응을 전례 없는 수준으로 높였습니다. Zetian Mi 교수(왼쪽)가 교신저자이고 박사과정 학생 Shubham Mondal(오른쪽)이 이번 연구의 공동 제1저자입니다. (이미지:Marcin Szczepanski, Michigan Engineering.)

더 강력한 휴대폰 신호, 더 정확한 센서 및 청정 에너지는 특정 반도체 재료의 산업 제조 공정에 간단한 단계를 추가함으로써 달성될 수 있으며, 이는 미시간 대학의 공학 연구원이 주도한 최근 연구에 기록되어 있습니다.

기계적 응력을 전기로 변환하는 능력(압전성이라고 불리는 특성)을 갖춘 반도체 재료는 우리가 매일 사용하는 기술의 필수 구성 요소입니다. 휴대폰에서 압전 소재는 안테나에서 들어오는 신호를 필터링하여 원치 않는 소음을 줄입니다. 자동차에서는 에어백을 전개하고 타이어 공기압을 모니터링합니다.

Pallab K. Bhattacharya 대학 공과대학 교수이자 Nature Communications 연구의 교신 저자인 Zetian Mi는 "우리 팀은 상당히 간단한 어닐링 공정을 사용하여 차세대 마이크로 전자 공학 및 포토닉스를 위한 새로운 반도체인 스칸듐 알루미늄 질화물 필름의 압전 반응을 극적으로 향상시켰습니다."라고 말했습니다. .

Mi의 팀은 특수 챔버에서 필름을 섭씨 700도까지 2시간 동안 가열함으로써 현재 시중에서 사용되는 기술보다 재료의 압전성을 8배나 향상시켰습니다.

이 규모로 강화된 압전 재료는 항공우주에서 의료, 에너지에 이르기까지 여러 분야의 기술을 변화시킬 수 있는 잠재력을 가지고 있습니다. 압력과 진동에 대한 민감도가 높아지면 장비 안전과 구조적 상태를 모니터링하는 센서가 향상되고, 초음파 절차가 향상되며, 도로를 따라 달리는 트럭의 굉음에 신호등이 켜질 수 있습니다.

연구원들은 또한 작은 결정의 얇은 층에 있는 결함을 수정함으로써 가열 공정이 어떻게 재료의 특성을 향상시키는지 알아냈습니다.

"이 물질의 압전 반응은 특정 방향으로 지향된 구조적 '결정체'의 기여입니다. 필름이 막 성장할 때 이러한 입자는 종종 완벽하게 방향이 지정되지 않으며 일부 입자는 전체 압전 반응에 효과적으로 기여하지 못합니다."라고 연구의 공동 제1저자이자 전기 및 컴퓨터 공학 분야의 UM 박사과정 학생인 Shubham Mondal이 말했습니다.

"어닐링 공정은 필름에 추가 에너지를 제공하여 입자의 방향을 더 좋게 만듭니다. 이는 부분적으로 압전 반응이 증가하는 방식입니다."라고 UM 전기 및 컴퓨터 공학 박사 과정 학생이자 이번 연구의 공동 저자인 Md Mehedi Hasan Tanim이 말했습니다.

연구팀은 분자빔 에피택시와 같은 고품질 재료를 생성하는 방법을 사용하여 성장한 질화스칸듐알루미늄에 대한 어닐링 공정을 테스트하여 압전 반응을 더욱 향상시킬 수 있는지 알아볼 계획입니다.

한편 Mi는 향상된 압전 성능을 위해 필요한 재료와 가공이 현재 제조 표준과 사실상 동일하다고 말했습니다. 이 연구의 통찰력을 통해 업계는 큰 추가 비용 없이 제품의 기능을 극적으로 향상시킬 수 있습니다.

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