中國團隊研發一秒“冰火淬煉”工藝 成功制備晶圓級高性能儲能薄膜

　　中新網北京11月15日電 (記者 孫自法)記者從中國科學院金屬研究所(金屬所)獲悉，冰火淬煉該所沈陽材料科學國家研究中心胡衛進研究員團隊攜手合作者，中國最新研究開發出一種熱處理升降溫速率可達每秒1000攝氏度的團隊“閃速退火”工藝，基于這種被形象稱為一秒“冰火淬煉”的研發藝成圓級工藝技術，研究團隊已成功制備出晶圓級高性能儲能薄膜。秒工膜

　　在中國科學院金屬所實驗室，功制高性研究人員利用一秒“冰火淬煉”工藝，備晶僅用時1秒鐘就在硅晶圓上成功制備出一種名為“鋯酸鉛”的儲能薄弛豫反鐵電薄膜。

　　研究團隊表示，冰火淬煉這項工藝技術操作簡單，中國還很容易“放大”，團隊目前已初步能在2英寸的研發藝成圓級硅晶圓上制備出均勻的高性能薄膜，從而為芯片級集成儲能提供具備工業化潛力的秒工膜解決方案。

　　這項重要材料工藝研發成果論文，備晶北京時間11月15日凌晨在國際學術期刊《科學進展》(Science Advances)上線發表，為下一代高性能儲能電容器件的制造開辟了一條新的路徑。

　　論文通訊作者胡衛進研究員科普解讀說，一秒“冰火淬煉”工藝技術成功將材料在高溫下的特殊結構“凍結”在室溫，形成尺寸不到3納米的納米微疇。這些微小的結構如同一個精密的迷宮，正是誘導弛豫反鐵電行為，實現高效率儲能的關鍵。

　　同時，“閃速退火”還讓薄膜的“肌理”更加致密均勻，并有效鎖住容易揮發的鉛元素，從根源上減少材料缺陷，顯著降低漏電流。這些因素的共同作用，使得薄膜既能承受極高的電壓，又能獲得很高的極化強度，最終將薄膜電容器的儲能密度提升至63.5焦耳每立方厘米。

　　胡衛進指出，更令人振奮的是，利用一秒“冰火淬煉”工藝制造出的薄膜電容器，還展現出卓越的環境適應性。實驗表明，從低至零下196攝氏度(液氮溫度)的極寒，到高達400攝氏度的酷熱，其儲能密度和效率的衰減都很微弱(低于3%)。這意味著，無論是在冰冷的外太空，還是在火熱的地下油氣勘探井，它都能穩定可靠地工作。

　　據悉，在脈沖激光器、新能源汽車等功率電子器件中，有一類名為“電介質儲能電容器”的元件至關重要，它們以極高的功率快速充放電，并且極其耐用。

　　科學家們一直面臨一個難題：如何讓這類電容器在保持強大儲能能力的同時，還能經受住從極寒到酷熱的極端溫度考驗，并且易于大規模生產？傳統方法是通過混合多種成分、組織結構或引入特定缺陷，來制造具有特殊微觀結構的材料。此前，這個過程往往非常復雜，限制高性能電介質薄膜的大規模制造。(完)