泛林集团如何助力触觉技术的实现

在掺钪氮化铝脉冲激光沉积领域的创新或成为推动无铅压电触觉设备大批量生产的关键

作者：泛林集团客户支持事业部战略营销资深总监Michelle Bourke

• 视频游戏、虚拟现实和增强现实的兴起正在推动触觉技术需求的增长
• 泛林集团的脉冲激光沉积(PLD)技术可助力下一代触觉技术

试着想象一场沉浸式的虚拟体验：在探索数字世界的时候，你的触觉似乎与感受到的景象和声音一样真实。尽管一切只存在于网络空间中，但你可以感受到用手接球、或者在虚拟键盘上敲字的感觉。这种感觉需要触觉技术的支持，而泛林正在用创新助力这一技术的实现。

制造微型触觉器件需要许多与制造集成电路相同的基础工艺，包括沉积、刻蚀、清洗等，但不需要制造纳米级结构。泛林集团Reliant^® Systems部门致力于改善和扩展相关技术，帮助客户实现产品创新，进而助力触觉技术等的应用。

电刺激

压力、手感、温度和震动等触感都能帮助我们感知现实，而触觉技术就是通过将电子信号转换为机械信号来模拟这种感觉。

触觉设备其实早已成为我们生活的一部分：大部分智能手机通过手动“点击”或震动来确认按键操作；智能手表和触摸板也都使用触觉技术来传递各种动作信号；触摸屏则是利用触觉技术来模拟按下按钮或切换开关的感觉。

• 人们对虚拟现实和增强现实的兴趣与日俱增，推动了新型触觉技术及其应用的发展。
• 驾驶/飞行游戏会在方向盘或控制器中应用触觉技术，来模拟崎岖道路或者恶劣天气。

触觉像素

压电材料是前景最广阔的触觉技术之一，它在受到外界压力时会产生内部电场。反之，当受到外部电场作用时，就会膨胀或者收缩。

• 将压电薄膜悬浮在空腔上方并固定其边缘，它就会在电信号的作用下上下弯曲。这种压电制动器可以做得非常小，有些尺寸甚至可以达到几毫米甚至更小。
• 想象一只覆盖着触觉像素（即微小的压电触觉元素）的手套，它们的控制方式与视觉显示器上的像素类似。通过适当操作，可以模拟出各种触感。

下图展示了压电制动器的制造工艺，即使用氮化硅和/或氧化硅作为弹性膜片材料，在金属电极上沉积织构PZT（锆钛酸铅）薄膜。

上图：从晶圆顶部观察弹性膜片的示意图
下图：薄膜横截面示意图
（图片来源：“在静态和谐振条件下为PZT薄膜片进行压电驱动”，Sensors and Actuators a-Physical，1996）

PZT替代物

掺钪氮化铝 (ScAlN) 是很有前景的PZT替代物，而且不需要引入铅的使用。由于掺钪氮化铝具有较高的击穿电压，因此在压电厚度较薄的情况下也能获得和PZT类似的机械位移值。

• 击穿电压是指制动器发生击穿或电气绝缘失败前可以施加的最大电压。
• 一般来说，压电效应会随着钪含量的增加而变强，但最后会限于某个最高水平。

泛林集团的脉冲激光沉积产品非常适用于掺钪氮化铝。

脉冲激光沉积中，短激光脉冲先从基板上方一个小目标开始蒸发材料，创造沉积羽流。随后，再在下方基板上沉积材料。

• 羽流的大小与形状和苹果类似。因此，若想要在大型基板上实现均匀沉积，就需要在多个位置进行多次尝试。

脉冲激光沉积的重要优势在于，它能够沉积包括掺钪氮化铝在内的各种材料，还能对晶圆内薄膜厚度和应力等沉积薄膜的特性进行精细调整。

泛林集团在掺钪氮化铝脉冲激光沉积领域的创新或成为推动无铅压电触觉设备大批量生产的关键，助力触觉未来的实现。