密歇根大学工程研究人员最近领导的一项研究表明，通过在某些半导体材料的工业制造过程中增加一个简单的步骤，可以实现更强的手机信号、更精确的传感器和更清洁的能源。

半导体材料具有将机械应力转化为电能的特性(称为压电性)，是我们日常使用的技术的重要组成部分。在手机中，压电材料可以过滤来自天线的输入信号，以减少不必要的噪声。在汽车中，它们可以触发安全气囊并监测轮胎压力。

Pallab K. Bhattacharya 大学工程学教授兼《自然通讯》杂志上发表的研究报告的通讯作者 Zetian Mi 表示：“我们的团队使用相当简单的退火工艺，大大增强了氮化铝钪薄膜的压电响应，氮化铝钪薄膜是用于下一代微电子和光子学的新兴半导体。 ”

米氏团队将薄膜放入专门的腔室中加热至 700°C 并持续两小时，使材料的压电性提高到目前市场上所用技术的八倍。

如此规模的增强压电材料有望改变航空航天、医疗保健和能源等各个领域的技术。增强对压力和振动的灵敏度可以改进用于监测设备安全和结构健康的传感器，推进超声波检测，并使交通信号灯能够利用道路上卡车的轰鸣声来供电。

研究人员还弄清楚了加热过程如何通过纠正微小晶体薄层中的缺陷来增强材料的性能。

“这种材料的压电响应是由特定方向的结构‘晶粒’贡献的。当薄膜刚刚生长时，这些晶粒通常不是完美取向的，有些晶粒对整体压电响应没有有效的贡献，”密歇根大学电气与计算机工程博士生、该研究的共同第一作者 Shubham Mondal 说道。

“退火过程为薄膜提供了一些额外的能量，使晶粒的取向性更好。这也是它们的压电响应增强的原因之一，”密歇根大学电气与计算机工程博士生、该研究的共同第一作者 Md Mehedi Hasan Tanim 说道。

该团队计划使用分子束外延等可产生更高质量材料的方法测试氮化铝钪的退火过程，以查看是否可以进一步改善压电响应。

米教授表示，与此同时，提升压电性能所需的材料和工艺几乎与目前的制造标准完全相同。这项研究的洞见将使行业能够在不增加大量成本的情况下显著提升其产品的性能。

更多信息： Shubham Mondal 等人，通过热退火实现纤锌矿氮化物半导体压电性能的空前增强，《自然通讯》(2025)。期刊信息： 《自然通讯》