泛林集團(tuán)如何助力觸覺(jué)技術(shù)的實(shí)現(xiàn)

?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(dòng)觸覺(jué)技術(shù)需求的增長(zhǎng)

?泛林集團(tuán)的脈沖激光沉積(PLD)技術(shù)可助力下一代觸覺(jué)技術(shù)

試著想象一場(chǎng)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(jué)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(pán)上敲字的感覺(jué)。這種感覺(jué)需要觸覺(jué)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(jué)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(jí)結(jié)構(gòu)。泛林集團(tuán)Reliant® Systems部門(mén)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(jué)技術(shù)等的應(yīng)用。

電刺激

壓力、手感、溫度和震動(dòng)等觸感都能幫助我們感知現(xiàn)實(shí)，而觸覺(jué)技術(shù)就是通過(guò)將電子信號(hào)轉(zhuǎn)換為機(jī)械信號(hào)來(lái)模擬這種感覺(jué)。

觸覺(jué)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(guò)手動(dòng)“點(diǎn)擊”或震動(dòng)來(lái)確認(rèn)按鍵操作；智能手表和觸摸板也都使用觸覺(jué)技術(shù)來(lái)傳遞各種動(dòng)作信號(hào)；觸摸屏則是利用觸覺(jué)技術(shù)來(lái)模擬按下按鈕或切換開(kāi)關(guān)的感覺(jué)。

人們對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的興趣與日俱增，推動(dòng)了新型觸覺(jué)技術(shù)及其應(yīng)用的發(fā)展。

駕駛/飛行游戲會(huì)在方向盤(pán)或控制器中應(yīng)用觸覺(jué)技術(shù)，來(lái)模擬崎嶇道路或者惡劣天氣。

觸覺(jué)像素

壓電材料是前景最廣闊的觸覺(jué)技術(shù)之一，它在受到外界壓力時(shí)會(huì)產(chǎn)生內(nèi)部電場(chǎng)。反之，當(dāng)受到外部電場(chǎng)作用時(shí)，就會(huì)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(huì)在電信號(hào)的作用下上下彎曲。這種壓電制動(dòng)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(jué)像素（即微小的壓電觸覺(jué)元素）的手套，它們的控制方式與視覺(jué)顯示器上的像素類(lèi)似。通過(guò)適當(dāng)操作，可以模擬出各種觸感。

下圖展示了壓電制動(dòng)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(lái)源：“在靜態(tài)和諧振條件下為PZT薄膜片進(jìn)行壓電驅(qū)動(dòng)”，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(lèi)似的機(jī)械位移值。

擊穿電壓是指制動(dòng)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(lái)說(shuō)，壓電效應(yīng)會(huì)隨著鈧含量的增加而變強(qiáng)，但最后會(huì)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(kāi)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(píng)果類(lèi)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(shì)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(duì)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(dòng)無(wú)鉛壓電觸覺(jué)設(shè)備大批量生產(chǎn)的關(guān)鍵，助力觸覺(jué)未來(lái)的實(shí)現(xiàn)。