在以光为核心的现代技术体系中，微型反射镜（micro-mirrors）承担着至关重要的角色。从智能手机的 3D 结构光，到 AR/VR 显示、无人驾驶的激光雷达，再到工业与医疗中的高速光扫描系统，都离不开这些能在指甲大小的芯片上完成高速偏转的 MEMS 光学元件。
随着应用对扫描速度、分辨率、体积和功耗提出越来越严苛的要求，传统的静电、磁驱动微镜逐渐暴露瓶颈。于是，一种更高效、更适合集成化的驱动方式迅速崛起——压电驱动（piezoelectric actuation）。在压电材料的大家族中，铝氮化物（AlN）和其掺杂版本铝钪氮化物（AlScN），正推动着超高频 MEMS 微镜的性能跃迁。
依据近年来的研究成果，韩国延世大学（Yonsei University）机械工程系的Yohan Jung, Dongseok Lee & Jongbaeg Kim教授对 AlN 与 AlScN 在材料特性、制造工艺与微镜性能方面的差异进行了系统梳理，重点讨论两类材料在高频、小型化 MEMS 微镜中的实际表现及工程挑战。发表在自然杂志的文章《Recent progress in aluminum nitride for piezoelectric MEMS mirror applications: enhancements with scandium doping》为未来高性能光扫描系统的材料选择与工艺优化提供了参考。
材料基础：从 AlN 到 AlScN 的性能演化
AlN是稳定可靠的 MEMS 基石。AlN 的优势在于它的“全能型”特质：优秀的 c 轴取向（使压电性能稳定）、高杨氏模量带来强结构刚性、低介电常数降低电容（提高能效）、薄膜残余应力可控（可实现大面积和高一致性生产）、出色的温度稳定性（适合长期和高负载运行）。
这让 AlN 成为传统高频 MEMS 器件的首选材料。然而其压电系数有限，若不提高电压，就难以进一步提升偏转角。材料科学家也因此转向了“提升压电耦合”的方向。
AlScN是压电性能的加速器。AlScN 的核心理念是：通过 Sc 掺杂，降低晶格对称性，从而显著增强压电响应。当 Sc 掺杂量达到 20%–40% 区间时，材料展现出若干关键优势：压电系数提升 2–4 倍、更大的薄膜形变（可实现更高角度偏转）、在低电压下即可获得显著驱动力、允许器件进入更高的工作频率区间。这些变化直接对应 MEMS 微镜的核心性能：更快、更省电、更高角度。
无论是超便携 AR 眼镜，还是希望在紧凑机身里塞下扫描模组的手机行业，AlScN 的性能提升几乎都指向同一个方向：实现更小、更强的光学系统。
薄膜制造：性能提升背后的工艺赌局
材料性能的提升意味着制造难度的提升。AlN 的沉积工艺经过多年优化，工艺窗口宽、稳定性高。不论是薄膜应力管理、晶体取向还是刻蚀工艺，都已成熟到可支持大规模生产。这正是 AlN 在 MEMS 行业长期占据主力位置的原因。
AlScN的性能惊艳，工艺却“不好惹”。AlScN 薄膜在制造上面临多重挑战：材料更“软”（导致微结构的力学性能变化更显著）、沉积应力更难稳定（对反应气氛、功率和温度敏感）、刻蚀选择比低（化学刻蚀速率显著下降，必须依赖高能量干法刻蚀）、高 Sc 掺杂易引起晶体缺陷（影响 Q 值和长期可靠性）。
因此，AlScN 是一种性能“令人着迷”、但对工艺也同样“挑剔”的材料。这也是为什么工业界虽然已经接受其压电优势，却仍在努力优化其生产方法。
结构设计对微镜性能的影响
MEMS 微镜的性能不仅依赖材料，也受设计策略左右。论文展示了两类材料在不同结构下的应用差异，包括：双轴微镜、悬臂结构、扭转梁结构、压电薄膜驱动器的堆叠厚度和布局。
AlN 一般在传统结构设计中表现稳定，而 AlScN 凭借更大的驱动力，可支持更激进的几何结构，例如更细的梁、更小的驱动面积，从而提高共振频率与扫描效率。
微镜性能比较：速度、角度与 Q 值的三角平衡
偏转角与驱动效率：AlScN 强势领先。在相同驱动条件下，AlScN 微镜通常取得数倍于 AlN 的偏转角，能效也显著更高。
高频响应能力：AlScN 更适合 MHz 级应用。其更高压电耦合让微镜更易进入超高频工作区间。
机械稳定性与 Q 值：AlN 优势明显。AlN 的薄膜结构更稳、缺陷更低，适合长时间、高功率密度应用。
制造成熟度、成本与一致性：AlN 全面领先。AlN 的量产工艺经历时间更长，行业配套成熟，是目前可靠性最高的方案。
因此，材料选择往往不是“谁更优秀”，而是“谁更适合这个应用”。
应用场景：材料决定未来能实现什么
随着微镜的频率和偏转角不断提升，新材料的影响开始在多个领域显现。
AR/VR 显示：需要轻量、高速、低功耗扫描器件，AlScN 的高驱动力非常契合。消费级激光雷达：高频扫描可使点云密度更高、距离更远，有助于获得更清晰的 3D 感知。医疗成像与工业检测：这些应用更关注长期可靠性，AlN 仍是优选。光通信与光开关：MHz 级扫描能力可能开辟全新的光路复用方式。
材料决定边界，工艺决定未来
AlN 与 AlScN 的发展过程，展示了 MEMS 行业一个典型的技术演化路径：AlN 提供稳定、成熟的坚实基础、AlScN 带来性能跃迁，推动下一代光机突破。未来谁将成为主流？大概率不会是绝对单一的答案。
在需要稳定可靠性的工业级系统中，AlN 很可能继续占据主导。而在对速度、体积和能效提出极端要求的消费电子和 AR 领域，AlScN 正快速成为不可替代的新材料。压电材料性能的进化，正重新定义光扫描系统的性能边界，并推动 MEMS 光学进入一个崭新的超高频时代。
