El paso de calentamiento simple aumenta la sensibilidad a la presión en los materiales de semiconductores ocho veces
Los dispositivos piezoeléctricos están en todas partes, y su mercado está creciendo constantemente. Crédito: Nature Communications (2025). Doi: 10.1038/s41467-025-59179-2
Se pueden lograr señales de teléfonos celulares más fuertes, sensores más precisos y energía más limpia agregando un paso simple al proceso de fabricación industrial de ciertos materiales semiconductores, documentado en un estudio reciente dirigido por investigadores de ingeniería de la Universidad de Michigan.
Los materiales semiconductores con la capacidad de convertir el estrés mecánico a la electricidad, una propiedad llamada piezoelectricidad, son componentes esenciales de las tecnologías que usamos todos los días. En los teléfonos celulares, los materiales piezoeléctricos filtran la señal entrante de la antena para reducir el ruido no deseado. En los automóviles, despliegan el airbag y monitorean la presión de los neumáticos.
“Nuestro equipo mejoró dramáticamente la respuesta piezoeléctrica de una película de nitruro de aluminio de escandio, un semiconductor emergente para microelectrónica y fotónica de microelectrónicas de próxima generación, utilizando un proceso de recocido bastante simple”, dijo el Mietiano MI, el Profesor Collegiado de Ingeniería de Pallab K. Bhattacharya y autor correspondiente al estudio de las comunicaciones de la naturaleza.
Al calentar la película a 700 ° C durante dos horas en una cámara especializada, el equipo de MI mejoró la piezoelectricidad del material ocho veces más allá de la utilizada en la tecnología actual en el mercado.
Mejorados a esta escala, los materiales piezoeléctricos tienen el potencial de transformar las tecnologías en los sectores, desde el aeroespacial hasta la atención médica y la energía. El aumento de la sensibilidad a la presión y la vibración podría mejorar los sensores que monitorean la seguridad de los equipos y la salud estructural, avanzan los procedimientos de ultrasonido y permiten que los semáforos sean energizados por el rumbo de camiones a lo largo de la carretera.
Los investigadores también descubrieron cómo el proceso de calentamiento aumentó las propiedades del material, al corregir defectos en las capas delgadas de pequeños cristales.
“La respuesta piezoeléctrica de este material es una contribución de los ‘granos’ estructurales orientados en una dirección particular. Cuando las películas acaban de cultivar, estos granos a menudo no están perfectamente orientados, con algunos granos que no contribuyen de manera efectiva a la respuesta piezoeléctrica general”, dijo Shubham Mondal, estudiante doctoral de UM en ingeniería eléctrica e informática y autora del estudio del estudio.
“El proceso de recocido da algo de energía adicional a la película, lo que permite que los granos se orienten mejor. Y así es en parte cómo su respuesta piezoeléctrica está aumentando”, dijo el MD Mehedi Hasan Tanim, estudiante de doctorado de UM en ingeniería eléctrica e informática y co-primero autor del estudio.
El equipo planea probar el proceso de recocido sobre nitruro de aluminio de escandio cultivado utilizando métodos que producen materiales de mayor calidad, como la epitaxia del haz molecular, para ver si pueden mejorar aún más la respuesta piezoeléctrica.
Mientras tanto, dijo MI, el material y el procesamiento necesarios para mejorar el rendimiento piezoeléctrico es prácticamente idéntico a los estándares de fabricación actuales. Las ideas del estudio permiten a la industria avanzar dramáticamente las capacidades de sus productos sin importantes costos adicionales.
Más información: Shubham Mondal et al, Mejora sin precedentes de la piezoelectricidad de los semiconductores de nitruro de wurtzita a través del recocido térmico, comunicaciones de la naturaleza (2025). Doi: 10.1038/s41467-025-59179-2
Proporcionado por la Universidad de Michigan
Cita: el paso de calentamiento simple aumenta la sensibilidad a la presión en los materiales de semiconductores ocho veces (2025, 15 de mayo) Recuperado el 15 de mayo de 2025 de https://techxplore.com/news/2025-05-simple- boosts-pressure-sensitive-semiconductor.html
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