基于两步纳米孔辅助控制剥离技术的AlxGa1-xN纳米膜及其柔性压电传感器应用

本文创新性地采用两步纳米孔（NP）辅助控制剥离技术，成功制备出单晶AlxGa1-xN纳米膜并应用于柔性压电传感器。该技术通过调控NP结构实现高质量膜层剥离与转移，解决了III族氮化物柔性器件制备难题。传感器展现出超高压力灵敏度（2.41 mV/kPa）和弯曲应变响应，为可穿戴设备与生物机械能采集提供了新方案。

　　

Section snippets

Preparation of two-step NP structures

我们通过电化学蚀刻工艺制备了两步纳米孔（NP）结构，该工艺在我们既往研究中有详细阐述。通过分别施加11V和21V输入电压（50mA限流控制），可调控第一层NP（低孔隙率）与第二层NP（高孔隙率）的孔隙比例。代表性n型GaN模板与两步NP结构晶圆的成像结果见图S1a-b。值得注意的是，相同21V电压条件在AlN样品制备中需进行适应性调整。

Fully coalesced Al_xGa_1-xN layers on the two-step NP structures

图1a展示了在两步NP结构上成功外延生长Al_xGa_1-xN层的工艺流程示意图。通过调控输入电压获得的双层NP结构中，第一层低孔隙率NP作为外延种子层，第二层高孔隙率NP则充当分离层（图S1c-d）。虽然低孔隙率第一NP层可实现纳米级GaN外延生长，但直接在其上生长AlGaN与AlN仍存在挑战——需通过优化金属有机气相外延（MOVPE）参数实现完全共晶融合。

Conclusion

总而言之，我们开发出单晶Al_xGa_1-xN纳米膜并探索了其压电应用潜力。剥离并转移至柔性基板后，材料内应变得到显著释放。所制备的柔性GaN与AlN膜传感器对压缩压力与弯曲应变表现出卓越灵敏度：AlN传感器最高压缩灵敏度达2.41 mV/kPa与42.36 pA/cm²/kPa，最大弯曲应变系数（GF）远超传统器件。该技术为规模化制备氮化物压电器件开辟了新路径。