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密歇根大学证实：简单加热工艺可将半导体材料的压力灵敏度提高八倍

盖世汽车刘丽婷 2025-05-19 15:11:38

盖世汽车讯据外媒报道，密歇根大学（University of Michigan）工程研究人员最近领导的一项研究证实，只需在某些半导体材料的工业制造过程中增加一个简单的步骤，就能实现更强的手机信号、更精确的传感器和更清洁的能源。

图片来源：期刊《Nature Communications》

能够将机械应力转化为电能（这种特性称为压电性）的半导体材料是日常技术的重要组成部分。在手机中，压电材料可以过滤来自天线的输入信号，以减少不必要的噪声。在汽车中，它们可以展开安全气囊并监测轮胎压力。

“我们的团队通过一种相当简单的退火工艺，显著增强了氮化铝钪薄膜的压电响应。氮化铝钪薄膜是一种新兴的半导体，可用于下一代微电子和光子学。”Pallab K. Bhattacharya大学工程学教授、这项研究的通讯作者Zetian Mi说道。相关研究发表在期刊《Nature Communications》。

通过在特制的加热室内将薄膜加热至700°C并持续两小时，Mi教授的团队将该材料的压电性能提高了八倍，是目前市场上所用技术的八倍。

如此规模的增强，压电材料有望改变航空航天、医疗保健和能源等各个领域的技术。增强对压力和振动的灵敏度可以改进用于监测设备安全和结构健康的传感器，推进超声波诊疗，并使交通信号灯能够利用道路上卡车的轰鸣声来供电。

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增强材料的性能。

“这种材料的压电响应源于沿特定方向取向的结构‘晶粒’。薄膜刚生长时，这些晶粒通常取向不完美，有些晶粒对整体压电响应的贡献并不大，”密歇根大学电气与计算机工程博士生、该研究的共同第一作者Shubham Mondal说道。

“退火过程为薄膜提供了一些额外的能量，使晶粒的取向更加合理。这在一定程度上增强了它们的压电响应，”密歇根大学电气与计算机工程博士生、该研究的共同第一作者Md Mehedi Hasan Tanim说道。

该团队计划对采用分子束外延等可获得更高质量材料的方法生长的氮化铝钪进行退火工艺测试，以探究其能否进一步改善压电响应。

与此同时，Mi教授表示，提升压电性能所需的材料和工艺与目前的制造标准几乎完全相同。这项研究的洞见将使业界能够在不增加大量成本的情况下显著提升其产品的性能。