泛林集團如何助力觸覺技術的實現
2023-11-16
作者：泛林集團客戶支持事業部戰略營銷資深總監Michelle Bourke
來源：泛林集團
試著想象一場沉浸式的虛擬體驗：在探索數字世界的時候，你的觸覺似乎與感受到的景象和聲音一樣真實。盡管一切只存在于網絡空間中，但你可以感受到用手接球、或者在虛擬鍵盤上敲字的感覺。這種感覺需要觸覺技術的支持，而泛林正在用創新助力這一技術的實現。
制造微型觸覺器件需要許多與制造集成電路相同的基礎工藝，包括沉積、刻蝕、清洗等，但不需要制造納米級結構。泛林集團Reliant? Systems部門致力于改善和擴展相關技術，幫助客戶實現產品創新，進而助力觸覺技術等的應用。
電刺激
壓力、手感、溫度和震動等觸感都能幫助我們感知現實，而觸覺技術就是通過將電子信號轉換為機械信號來模擬這種感覺。
觸覺設備其實早已成為我們生活的一部分：大部分智能手機通過手動“點擊”或震動來確認按鍵操作；智能手表和觸摸板也都使用觸覺技術來傳遞各種動作信號；觸摸屏則是利用觸覺技術來模擬按下按鈕或切換開關的感覺。
人們對虛擬現實和增強現實的興趣與日俱增，推動了新型觸覺技術及其應用的發展。
駕駛/飛行游戲會在方向盤或控制器中應用觸覺技術，來模擬崎嶇道路或者惡劣天氣。
觸覺像素
壓電材料是前景最廣闊的觸覺技術之一，它在受到外界壓力時會產生內部電場。反之，當受到外部電場作用時，就會膨脹或者收縮。
將壓電薄膜懸浮在空腔上方并固定其邊緣，它就會在電信號的作用下上下彎曲。這種壓電制動器可以做得非常小，有些尺寸甚至可以達到幾毫米甚至更小。
想象一只覆蓋著觸覺像素（即微小的壓電觸覺元素）的手套，它們的控制方式與視覺顯示器上的像素類似。通過適當操作，可以模擬出各種觸感。
下圖展示了壓電制動器的制造工藝，即使用氮化硅和/或氧化硅作為彈性膜片材料，在金屬電極上沉積織構PZT（鋯鈦酸鉛）薄膜。
上圖：從晶圓頂部觀察彈性膜片的示意圖
下圖：薄膜橫截面示意圖
（圖片來源：“在靜態和諧振條件下為PZT薄膜片進行壓電驅動”，Sensors and Actuators a-Physical，1996）
PZT替代物
摻鈧氮化鋁 （ScAlN） 是很有前景的PZT替代物，而且不需要引入鉛的使用。由于摻鈧氮化鋁具有較高的擊穿電壓，因此在壓電厚度較薄的情況下也能獲得和PZT類似的機械位移值。
擊穿電壓是指制動器發生擊穿或電氣絕緣失敗前可以施加的最大電壓。
一般來說，壓電效應會隨著鈧含量的增加而變強，但最后會限于某個最高水平。
泛林集團的脈沖激光沉積產品非常適用于摻鈧氮化鋁。
脈沖激光沉積中，短激光脈沖先從基板上方一個小目標開始蒸發材料，創造沉積羽流。隨后，再在下方基板上沉積材料。
羽流的大小與形狀和蘋果類似。因此，若想要在大型基板上實現均勻沉積，就需要在多個位置進行多次嘗試。
脈沖激光沉積的重要優勢在于，它能夠沉積包括摻鈧氮化鋁在內的各種材料，還能對晶圓內薄膜厚度和應力等沉積薄膜的特性進行精細調整。
泛林集團在摻鈧氮化鋁脈沖激光沉積領域的創新或成為推動無鉛壓電觸覺設備大批量生產的關鍵，助力觸覺未來的實現。
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