由氧化ha锆制成的超薄纳米机电换能器

可以在超高(即3至30 GHz)和极高(30至300 GHz)频率范围下运行的最新开发的纳米机械谐振器对于开发更先进的半导体电子产品(如宽带频谱处理器和高光谱传感器)非常有价值。分辨率共振传感器。集成的纳米机电换能器可以实现超小型传感器和致动器的开发，从而以超高分辨率促进与原子水平上的外界机械相互作用。然而，迄今为止，在纳米级实现集成的机电转换已被证明是非常具有挑战性的。

在发表在《自然电子》上的一项最新研究中，佛罗里达大学的研究人员能够使用10纳米厚的铁电氧化z锆(Hf 0.5 Zr 0.5 O 2)膜制造超薄纳米机电换能器。该团队包括两名资深研究人员Roozbeh Tabrizian和Nishida Toshikazu，以及学生Mayur Ghatge和Glenn Walters。

这项研究的首席研究员Tabrizian对TechXplore表示：“我们的研究遵循了对半导体传感器和执行器社区的长期追求，以寻求真正集成的纳米机电换能器。” “纳米机电换能器有助于利用半导体纳米结构中的高频和高质量因子(Q)机械共振动力学，以在厘米波和毫米波范围内实现单片集成频率参考和宽带频谱处理器。”

在过去的十年左右的时间里，研究人员开始使用压电换能器膜实现用于物理传感和致动目的的微机电系统(MEMS)。与诸如光学和磁性解决方案的其他机电转换方案相比，这些薄膜换能器具有可观的集成优势。例如，它们使芯片级访问机械组件成为可能，这对于MEMS的许多实际应用至关重要，包括频率参考生成，频谱处理和高分辨率感测。

Tabrizian解释说：“然而，常规换能器薄膜的一个主要问题是它们的基本缩放限制。” “例如，当今移动电话所使用的RF滤波器中广泛使用的氮化铝膜，其厚度需要在几百纳米的范围内，才能产生有效的机电转换所需的晶体织构。进一步减小膜厚度会大大降低机电膜的厚度。转换效率，并防止换能器检测或诱导纳米级消失的微小运动。”

由Tabrizian和他的同事开发的基于氧化z锆的薄膜比更传统的换能器薄膜具有明显的优势。例如，可以在原子水平上对它们进行工程设计，以产生几纳米厚的有效机电转换。