کاربرد سرامیک های پیزوالکتریک در فناوری نمایش (二)

روش برش مکانیکی دقیق:

برش مکانیکی دقیق یک روش رایج برای ساخت دستگاه های میکرو پیزوالکتریک است. این دستگاه از یک برش الماس برای برش قطعه ای از مواد پیزوالکتریک یا یک لایه ضخیم به ریز ستون ها استفاده می کند و آنها را در یک آرایه برای مونتاژ بیشتر در یک دستگاه قرار می دهد. با این حال، محدودیت‌های ابعادی در پردازش میکرو دستگاه‌های پیزوالکتریک با برش مکانیکی وجود دارد و پردازش آرایه‌های میکروستون چند ده میکرومتری یا کمتر دشوار است. در عین حال، سرامیک های پیزوالکتریک به طور کلی دارای استحکام پایین و چقرمگی ضعیفی هستند. همه اینها برای برش مکانیکی دشواری بیشتری ایجاد می کند.

فرآیند تشکیل قالب از دیسک های پیزوالکتریک سرامیک های پیزوالکتریک یک روش متداول برای تهیه آرایه های ریز ستون سرامیکی پیزوالکتریک و دستگاه های میکروالکترونیک سه بعدی است که می تواند از محدودیت های ابعادی ماشین کاری عبور کند. این روش شامل مراحل یک صفحه Si، یک پلیمر یا یک فیلم Al 2 O 3 به عنوان یک الگو، و ترکیب تکنیک های قالب گیری تزریقی، رسوب الکتروشیمیایی، رسوب بخار شیمیایی و غیره است. این برای تهیه یک ماده ساختاری ستونی است که دارای قطر منافذ یکسان و جهت گیری یکسان است. فناوری پردازش یک فناوری ریز ماشینکاری است که توسط مرکز تحقیقات انرژی در آلمان با منبع تابش اشعه ایکس سنکروترون توسعه یافته است. این ترکیب تابش اچ، الکتروفرمینگ و میکرو قالب گیری را برای تولید ریز اجزایی مانند پلاستیک، فلزات و سرامیک ها ترکیب می کند. نسبت عمق به عرض پردازش می تواند تا 200 برابر باشد که یک راه ایده آل برای تهیه محرک های سرامیکی پیزوالکتریک است. ستون های PZT با قطر 25 میلی متر و ارتفاع 250 میلی متر تهیه شده است، اما مشکلاتی مانند فروریختن و متراکم نبودن ستون PZT در حین فرآیند تف جوشی وجود دارد. علاوه بر این، تجهیزات مورد نیاز برای فناوری گران است و برای تبلیغات در مقیاس بزرگ مناسب نیست.

فرآیند قالب سیلیکونی ترکیبی از فناوری ریز ماشینکاری و فناوری تشکیل مواد ویفرهای سیلیکونی است. ویفر سیلیکونی ریز ماشینکاری شده را می توان به عنوان قالبی برای شکستن حد ریز ماشینکاری روش برش تیغه الماس استفاده کرد و ستون PZT را می توان با پرس ایزواستاتیک داغ درون قالب ساخت. تف جوشی متراکم است و آرایش منظمی را حفظ می کند. فرآیند قالب سیلیکونی لایه ای از چسب حساس به نور است که توسط دستگاه همگن کننده روی سطح ویفر سیلیکونی پوشانده می شود و سپس برای نوردهی زیر ماسک قرار می گیرد و پس از توسعه، یک پیش طراحی روی لایه حساس به نور تشکیل می شود. الگوی خوب ویفر سیلیکونی حساس به نور در معرض حکاکی یونی واکنشی قرار می گیرد و قسمتی که توسط نور مقاوم محافظت نمی شود در حفره های ریز حک می شود. پس از آماده شدن قالب، دوغاب پودر PZT (حاوی بایندر) روی آن ریخته می شود، خشک می شود، چربی زدایی می شود، در پاکت شیشه ای با خلاء مهر و موم می شود و تحت فشار ایزواستاتیک داغ قرار می گیرد. در نهایت، حالت سیلیکونی به طور انتخابی با استفاده از یک گاز مخصوص (XeF2) برای به دست آوردن یک آرایه ریز ستون PZT حذف می شود. پس از به دست آمدن آرایه ریز ستون PZT، پلیمر مناسبی روی آن ریخته می شود و حباب ها با جاروبرقی خارج می شوند. پس از پخت، دو طرف PZT عمودی مبدل های لوله استوانه ای پیزو تا زمانی که ستون های PZT مدفون در پلیمر هر دو وجه انتهایی را در معرض دید قرار دهند، آسیاب می شوند. در مرحله بعد، فیلم فلزی مطابق با الگوی طراحی شده در دو طرف کامپوزیت به صورت بخار رسوب می‌کند و سپس PZT قطبی می‌شود تا یک آرایه محرک سرامیکی پیزوالکتریک متراکم و مرتب به دست آید. یک آرایه متراکم از پیزو سرامیک با این روش به دست آمد. ریزستون‌ها 90 متر ارتفاع، 7 متر طول جانبی و تا 12 نسبت تصویر داشتند. بیش از 20000 میکروستون PZT به دست آمده در این آزمایش، تغییر شکل، آسیب یا فروپاشی یک میکروستون PZT را پیدا نکردند. اگرچه آرایه میکروپایلار ایده آل را می توان با فرآیند قالب سیلیکونی به دست آورد، این فرآیند پیچیده است و مصرف انرژی در فرآیند آماده سازی زیاد است. در مقایسه با این، رسوب الکتروفورتیک دارای مزایای سادگی، راحتی، هزینه کم و بازیافت مواد خام است. 

آرایه میکروپایلار و فیلم ضخیم PZT با فرآیند رسوب الکتروفورتیک تهیه می شود. بر اساس تحقیقات این دو، که جریان فرآیند رسوب الکتروفورتیک برای تهیه آرایه میکروستون PZT را خلاصه می کند. اول، غلظت خاصی از لوله استوانه ای پیزوسرامیک Pzt تهیه می شود و HCl غلیظ به عنوان عامل پخش کننده برای جذب H+ روی سطح ذرات اضافه می شود و در نتیجه ذرات معلق می شوند. گرافیت به عنوان الکترودهای مثبت و منفی و پلاتین اندود شده با پلاتین به عنوان بستر استفاده شد که با اچ کردن یون واکنشی تهیه شد. ویفر سیلیکونی با روکش پلاتین توسط یک چسب رسانا به الکترود منفی متصل می شود تا از پتانسیل زیرلایه و الکترود اطمینان حاصل شود، در نتیجه رسوب الکتروفورتیک را درک می کند، و پودر PZT با H+ در ریز منافذ روی ویفر سیلیکونی رسوب می کند. پس از تف جوشی فعال سازی در دمای پایین، یک آرایه متراکم از میکروستون ها را می توان به دست آورد. سپس، با استفاده از همان الکترود آبکاری، پلاریزاسیون و سایر پردازش های پس از فرآیند قالب سیلیکونی، یک آرایه محرک سرامیکی پیزوالکتریک با عملکرد عالی و تراز متراکم به دست می آید. فرآیند قالب‌گیری بدون قالب، روش برش مکانیکی دقیق و فناوری پردازش LIGA برای برآوردن الزامات فرآیند برای تهیه آرایه میکروستون محرک سرامیکی پیزوالکتریک دشوار است. فرآیند قالب سیلیکونی و فرآیند رسوب الکتروفورتیک مزایای بزرگی را نشان می دهد، نه تنها محدودیت اندازه را شکسته است، بلکه عملکرد عالی و آرایه های ریز ستونی منظمی را به دست می آورد که برای تهیه آرایه های درایور سرامیکی پیزوالکتریک برای نمایشگرها بسیار مناسب است.