2025 年 11 月，中科院金属所胡卫进研究员团队开发出升降温速率达每秒 1000 摄氏度的 “闪速退火” 工艺，仅需 1 秒就能在硅晶圆上制备出锆酸铅弛豫反铁电薄膜。该工艺可将材料高温特殊结构 “冻结” 在室温，形成尺寸不足 3 纳米的纳米微畴，同时让薄膜结构更致密均匀，锁住易挥发的铅元素。以此制成的电容器储能密度达 63.5 焦耳每立方厘米，且在 - 196℃到 400℃的极端温度循环后，储能密度和效率衰减低于 3%，适配外太空探测、地下油气勘探等极端场景。目前团队已能在 2 英寸硅晶圆上制备出均匀薄膜，为芯片级集成储能提供了工业化可行方案。

这项技术的突破性与意义

1. 颠覆传统工艺：传统的材料退火过程通常需要数十分钟甚至数小时，而“闪速退火”将这个过程缩短至1秒，极大地提升了生产效率并降低了能耗。

2. 实现“结构冻结”：这是最核心的科学创新。许多材料在高温下具有优异的性能，但冷却到室温后结构会发生变化，性能消失。该技术像“快照”一样，将高温下的理想结构保留下来，从而在室温下获得前所未有的材料性能。

3. 解决材料学难题：

• 控制纳米微畴：3纳米的微畴结构是获得高性能介电和反铁电性能的关键，传统方法很难如此精确地控制。

• 抑制元素挥发：对于含铅等易挥发元素的材料，长时间热处理会导致成分偏离、性能恶化。超快工艺完美地解决了这一问题。

4. 开创“芯片级储能”新路径：

• 这项技术直接在硅晶圆上制备高性能储能薄膜，意味着未来可以将电容器直接集成到芯片内部或旁边。

• 这将彻底改变电子设备的供电方式，实现更紧凑、更高效、响应更快的“片上功率管理”，对于人工智能芯片、高性能计算、便携式电子设备等具有革命性意义。

应用前景

• 极端环境电子设备：

• 外太空探测：能够承受太空中的极低温和航天器内部的瞬时高温。

• 地下油气勘探：适用于地底深处的高温高压环境。

• 下一代功率电子：为电动汽车、轨道交通等领域提供高功率密度、高稳定性的储能元件。

• 先进集成电路：作为嵌入式电容器，为微处理器、存储芯片等提供瞬间大电流，提升计算性能和稳定性。

总而言之，中科院金属所的这项“闪速退火”技术，不仅是一项材料制备工艺的突破，更开辟了将高性能储能元件与半导体芯片深度融合的新赛道，为我国在高端电子材料和器件领域占据了领先地位。