Тонкая настройка: ученые заставили пленки слушаться импульсов
В вашем смартфоне есть детали, о которых вы даже не догадываетесь — и теперь их можно делать еще лучше.

Плазма аргона в вакуумной камере во время магнетронного напыления: подложка в центре кадра. Источник: Empa
Мы так привыкли к электронике, что даже не замечаем, как она устроена. Возьмем смартфон — в нем сотни крошечных деталей, каждая из которых представляет собой шедевр инженерной мысли. Среди них есть фильтры радиочастот (RF-фильтры). Они отсеивают лишние сигналы, чтобы Wi-Fi и мобильная связь работали четко. Любое беспроводное устройство содержит такие фильтры, и часто их делают из пьезоэлектрических тонких пленок.
Пьезоэлектрики — особые материалы. Если их сжать, они вырабатывают ток, а если подать напряжение — меняют форму. Помимо фильтров, их используют в сенсорах, микродвигателях и даже в крошечных генераторах энергии. Ученые исследуют и другие применения, например, в квантовых технологиях. Но чтобы такие пленки работали, они должны быть идеального качества. А это зависит от способа их изготовления.
Исследователи из лаборатории Empa разработали новый метод нанесения пьезоэлектрических пленок. Их подход позволяет создавать высококачественные слои даже на изолирующих материалах и при сравнительно низких температурах — такого раньше не делали.
Результаты опубликованы в издании Nature Communications, а на технологию уже подали заявку на патент.
Как это работает
Обычно для нанесения тонких пленок используют метод HiPIMS — импульсное магнетронное напыление. В камере создают плазму, ионы аргона бомбардируют металлическую мишень, выбивая из нее атомы, которые оседают на подложке. В HiPIMS процесс идет короткими мощными импульсами, поэтому атомы летят быстрее, а многие даже ионизируются. Это позволяет получать очень плотные и прочные покрытия.
Но для пьезоэлектриков метод не подходил: вместе с нужными ионами в пленку попадал аргон, что могло приводить к пробоям при работе под напряжением.
Ученые нашли решение — синхронизировали подачу напряжения так, чтобы ускорять только целевые ионы, а аргон пролетал мимо.
Следующая задача — нанесение пленок на изолирующие подложки (стекло, сапфир). Обычно для этого нужно подавать напряжение, но если материал не проводит ток, это невозможно. Исследователи использовали хитрость: электроны из плазмы сами на короткое время заряжали подложку, создавая нужное ускорение. Такой метод назвали SFP-HiPIMS.
Что это дает
- Пленки можно делать даже на материалах, чувствительных к температуре.
- Технология подходит для полупроводниковой промышленности, где часто нельзя подавать напряжение на подложку.
- В перспективе — создание ферроэлектрических пленок и применение в квантовых технологиях.
Сейчас ученые работают над оптимизацией процесса с помощью машинного обучения и готовят несколько коллабораций для новых экспериментов.
Этот метод открывает двери для более дешевого и надежного производства микроэлектроники. Пьезоэлектрические пленки критически важны в сенсорах, фильтрах и даже будущих квантовых устройствах. Возможность наносить их при низких температурах и на изоляторы означает, что можно создавать более сложные чипы без риска перегрева. Это особенно важно для IoT-устройств и носимой электроники, где энергоэффективность и миниатюризация — ключевые факторы.
Хотя технология выглядит многообещающе, пока неясно, насколько легко ее масштабировать для массового производства. HiPIMS-установки дороги и энергозатратны, а синхронизация импульсов требует высокой точности. Если процесс окажется слишком сложным для промышленных линий, его преимущества могут нивелироваться высокой себестоимостью.
Ранее ученые использовали жевательные движения для генерации энергии. Получилось не очень.