由氧化ha鋯制成的超薄納米機電換能器

可以在超高(即3至30 GHz)和極高(30至300 GHz)頻率范圍下運行的最新開發的納米機械諧振器對于開發更先進的半導體電子產品(如寬帶頻譜處理器和高光譜傳感器)非常有價值。分辨率共振傳感器。集成的納米機電換能器可以實現超小型傳感器和致動器的開發，從而以超高分辨率促進與原子水平上的外界機械相互作用。然而，迄今為止，在納米級實現集成的機電轉換已被證明是非常具有挑戰性的。

在發表在《自然電子》上的一項最新研究中，佛羅里達大學的研究人員能夠使用10納米厚的鐵電氧化z鋯(Hf 0.5 Zr 0.5 O 2)膜制造超薄納米機電換能器。該團隊包括兩名資深研究人員Roozbeh Tabrizian和Nishida Toshikazu，以及學生Mayur Ghatge和Glenn Walters。

這項研究的首席研究員Tabrizian對TechXplore表示：“我們的研究遵循了對半導體傳感器和執行器社區的長期追求，以尋求真正集成的納米機電換能器。” “納米機電換能器有助于利用半導體納米結構中的高頻和高質量因子(Q)機械共振動力學，以在厘米波和毫米波范圍內實現單片集成頻率參考和寬帶頻譜處理器。”

在過去的十年左右的時間里，研究人員開始使用壓電換能器膜實現用于物理傳感和致動目的的微機電系統(MEMS)。與諸如光學和磁性解決方案的其他機電轉換方案相比，這些薄膜換能器具有可觀的集成優勢。例如，它們使芯片級訪問機械組件成為可能，這對于MEMS的許多實際應用至關重要，包括頻率參考生成，頻譜處理和高分辨率感測。

Tabrizian解釋說：“然而，常規換能器薄膜的一個主要問題是它們的基本縮放限制。” “例如，當今移動電話所使用的RF濾波器中廣泛使用的氮化鋁膜，其厚度需要在幾百納米的范圍內，才能產生有效的機電轉換所需的晶體織構。進一步減小膜厚度會大大降低機電膜的厚度。轉換效率，并防止換能器檢測或誘導納米級消失的微小運動。”

由Tabrizian和他的同事開發的基于氧化z鋯的薄膜比更傳統的換能器薄膜具有明顯的優勢。例如，可以在原子水平上對它們進行工程設計，以產生幾納米厚的有效機電轉換。