Annealing Presisi Meningkatkan Sensitivitas Piezoelektrik Semikonduktor untuk Mencatat Level

INSIDER Elektronik &Sensor

Metode anil yang baru didokumentasikan meningkatkan respons piezoelektrik bahan semikonduktor ke tingkat yang belum pernah terjadi sebelumnya. Profesor Zetian Mi (kiri), adalah penulis koresponden, dan mahasiswa doktoral Shubham Mondal (kanan), adalah rekan penulis pertama studi ini. (Gambar:Marcin Szczepanski, Teknik Michigan.)

Sinyal ponsel yang lebih kuat, sensor yang lebih akurat, dan energi yang lebih bersih dapat dicapai dengan menambahkan langkah sederhana pada proses fabrikasi industri bahan semikonduktor tertentu, yang didokumentasikan dalam penelitian terbaru yang dipimpin oleh peneliti teknik di Universitas Michigan.

Bahan semikonduktor dengan kemampuan mengubah tekanan mekanis menjadi listrik – sifat yang disebut piezoelektrik – merupakan komponen penting dari teknologi yang kita gunakan sehari-hari. Pada telepon seluler, bahan piezoelektrik menyaring sinyal masuk dari antena untuk mengurangi kebisingan yang tidak diinginkan. Di mobil, mereka menyebarkan airbag dan memantau tekanan ban.

“Tim kami secara dramatis meningkatkan respons piezoelektrik dari film skandium aluminium nitrida, semikonduktor baru untuk mikroelektronika dan fotonik generasi mendatang, menggunakan proses anil yang cukup sederhana,” kata Zetian Mi, Profesor Teknik Perguruan Tinggi Pallab K. Bhattacharya dan penulis studi di Nature Communications .

Dengan memanaskan film hingga 700 derajat Celcius selama dua jam di ruang khusus, tim Mi meningkatkan piezoelektrik material delapan kali lipat melebihi yang digunakan dalam teknologi yang ada di pasaran saat ini.

Pada skala ini, bahan piezoelektrik mempunyai potensi untuk mentransformasikan teknologi di berbagai sektor, mulai dari ruang angkasa, layanan kesehatan, hingga energi. Peningkatan sensitivitas terhadap tekanan dan getaran dapat meningkatkan sensor yang memantau keselamatan peralatan dan kesehatan struktural, memajukan prosedur ultrasound, dan memungkinkan lampu lalu lintas menyala karena gemuruh truk di sepanjang jalan.

Para peneliti juga menemukan bagaimana proses pemanasan meningkatkan sifat material, dengan memperbaiki cacat pada lapisan tipis kristal kecil.

"Respon piezoelektrik bahan ini merupakan kontribusi dari 'butiran' struktural yang berorientasi pada arah tertentu. Ketika film baru saja ditumbuhkan, butiran ini seringkali tidak berorientasi sempurna, dan beberapa butiran tidak secara efektif berkontribusi terhadap respons piezoelektrik secara keseluruhan," kata Shubham Mondal, mahasiswa doktoral UM di bidang teknik elektro dan komputer dan salah satu penulis pertama penelitian ini.

"Proses anil memberikan energi tambahan pada film, memungkinkan butiran menjadi lebih terorientasi. Dan hal itulah yang meningkatkan respons piezoelektriknya," kata Md Mehedi Hasan Tanim, mahasiswa doktoral UM di bidang teknik elektro dan komputer dan salah satu penulis pertama studi ini.

Tim berencana untuk menguji proses anil pada skandium aluminium nitrida yang ditumbuhkan menggunakan metode yang menghasilkan bahan berkualitas lebih tinggi, seperti epitaksi berkas molekul, untuk melihat apakah proses tersebut dapat lebih meningkatkan respons piezoelektrik.

Sementara itu, kata Mi, material dan pemrosesan yang dibutuhkan untuk meningkatkan kinerja piezoelektrik hampir sama dengan standar manufaktur saat ini. Wawasan studi ini memungkinkan industri meningkatkan kemampuan produk mereka secara signifikan tanpa biaya tambahan yang besar.

Sumber