A equipe do professor Hu Weijin, do Instituto de Metais da Academia Chinesa de Ciências, desenvolveu um novo método de fabricação de capacitores de armazenamento em nível de wafer em apenas um segundo. Os resultados do estudo foram publicados em 15 de novembro na revista Science Advances. A tecnologia utiliza um processo rápido de recozimento por flash, alcançando taxas de aquecimento e resfriamento de 1000°C por segundo, abrindo novos caminhos para a produção de dispositivos de armazenamento de alta performance.

Capacitores dielétricos de armazenamento desempenham papel importante em equipamentos de eletrônica de potência, e suas características de carga e descarga rápidas são adequadas para lasers pulsados e veículos elétricos. A equipe sintetizou filmes de zircônio titanato de chumbo relaxor antiferroelétrico em wafers de silício utilizando a técnica de recozimento por flash, reduzindo com sucesso o tempo de fabricação para apenas um segundo. Este método permite formar domínios nanométricos com menos de 3 nm, estabelecendo a base para o aumento do desempenho dos dispositivos.

Em comparação com processos tradicionais, a nova técnica de recozimento por flash suprime efetivamente a evaporação do chumbo, obtendo filmes mais densos. Dados experimentais mostram que a densidade de energia do capacitor aumentou para 63,5 J/cm³ e que seu desempenho se manteve estável na faixa de temperatura de -196°C a 400°C. O professor Hu Weijin destacou: “Esta tecnologia consegue ‘congelar’ a estrutura da fase ferroelétrica de alta temperatura à temperatura ambiente, formando domínios nanométricos menores que 3 nm. Essas pequenas estruturas funcionam como um labirinto complexo, sendo fundamentais para ativar o comportamento antiferroelétrico relaxor de alta performance e alcançar armazenamento de energia eficiente.”

A técnica de fabricação foi aplicada com sucesso em wafers de silício de dois polegadas, produzindo filmes funcionais com boa uniformidade. Esses capacitores de armazenamento em nível de wafer apresentam excelente estabilidade térmica; após ciclos de temperaturas extremas, a degradação da densidade de energia e da eficiência é inferior a 3%. Essa característica os torna adequados para exploração espacial e desenvolvimento de recursos subterrâneos em ambientes desafiadores.

O avanço tecnológico fornece novo suporte para soluções de armazenamento integradas em chips. Otimizando processos de fabricação e estruturas de materiais, os capacitores de armazenamento em nível de wafer têm potencial para impulsionar o desenvolvimento de equipamentos de eletrônica de potência de alta performance.