泛林集團(tuán)如何助力觸覺技術(shù)的實(shí)現(xiàn)

作者：泛林集團(tuán)客戶支持事業(yè)部戰(zhàn)略營銷資深總監(jiān)Michelle Bourke

• 視頻游戲、虛擬現(xiàn)實(shí)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的興起正在推動觸覺技術(shù)需求的增長
• 泛林集團(tuán)的脈沖激光沉積(PLD)技術(shù)可助力下一代觸覺技術(shù)

試著想象一場沉浸式的虛擬體驗(yàn)：在探索數(shù)字世界的時(shí)候，你的觸覺似乎與感受到的景象和聲音一樣真實(shí)。盡管一切只存在于網(wǎng)絡(luò)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(shù)的支持，而泛林正在用創(chuàng)新助力這一技術(shù)的實(shí)現(xiàn)。

制造微型觸覺器件需要許多與制造集成電路相同的基礎(chǔ)工藝，包括沉積、刻蝕、清洗等，但不需要制造納米級結(jié)構(gòu)。泛林集團(tuán)Reliant? Systems部門致力于改善和擴(kuò)展相關(guān)技術(shù)，幫助客戶實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品創(chuàng)新，進(jìn)而助力觸覺技術(shù)等的應(yīng)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(xiàn)實(shí)，而觸覺技術(shù)就是通過將電子信號轉(zhuǎn)換為機(jī)械信號來模擬這種感覺。

觸覺設(shè)備其實(shí)早已成為我們生活的一部分：大部分智能手機(jī)通過手動“點(diǎn)擊”或震動來確認(rèn)按鍵操作；智能手表和觸摸板也都使用觸覺技術(shù)來傳遞各種動作信號；觸摸屏則是利用觸覺技術(shù)來模擬按下按鈕或切換開關(guān)的感覺。

• 人們對虛擬現(xiàn)實(shí)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的興趣與日俱增，推動了新型觸覺技術(shù)及其應(yīng)用的發(fā)展。
• 駕駛/飛行游戲會在方向盤或控制器中應(yīng)用觸覺技術(shù)，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(shù)之一，它在受到外界壓力時(shí)會產(chǎn)生內(nèi)部電場。反之，當(dāng)受到外部電場作用時(shí)，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(dá)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(dāng)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(gòu)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(tài)和諧振條件下為PZT薄膜片進(jìn)行壓電驅(qū)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(jī)械位移值。

• 擊穿電壓是指制動器發(fā)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(yīng)會隨著鈧含量的增加而變強(qiáng)，但最后會限于某個(gè)最高水平。

泛林集團(tuán)的脈沖激光沉積產(chǎn)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(gè)小目標(biāo)開始蒸發(fā)材料，創(chuàng)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(shí)現(xiàn)均勻沉積，就需要在多個(gè)位置進(jìn)行多次嘗試。

脈沖激光沉積的重要優(yōu)勢在于，它能夠沉積包括摻鈧氮化鋁在內(nèi)的各種材料，還能對晶圓內(nèi)薄膜厚度和應(yīng)力等沉積薄膜的特性進(jìn)行精細(xì)調(diào)整。

泛林集團(tuán)在摻鈧氮化鋁脈沖激光沉積領(lǐng)域的創(chuàng)新或成為推動無鉛壓電觸覺設(shè)備大批量生產(chǎn)的關(guān)鍵，助力觸覺未來的實(shí)現(xiàn)。