AlN (Aluminiumnitrid) ist eine kovalente Bindungsverbindung mit einer hexagonalen Wurtzitstruktur. Normalerweise hat es eine graue oder grauweiße Farbe und bietet Vorteile wie hohe Wärmeleitfähigkeit, Hochtemperaturisolierung, gute dielektrische Eigenschaften, hohe Materialfestigkeit bei hohen Temperaturen und einen niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten. Aufgrund des erheblichen piezoelektrischen Effekts der AlN-Ausrichtung entlang der c-Achse können leistungsstarke Dünnfilm-Volumenwellenbauelemente erhalten werden, indem AlN-Filme mit bevorzugter Ausrichtung der c-Achse auf Elektrodenmaterialien vorbereitet werden. AlN-Dünnschicht ist ein ideales piezoelektrisches Dünnschichtmaterial für Hochfrequenzfilter (RF). Der Si-basierte AlN-Dünnfilm von PAM-XIAMEN kann zur Herstellung von SAW- und FBAR-Filtern verwendet werden. Spezifische Parameter finden Sie in der folgenden Tabelle:
1. Spezifikation der AlN-Dünnschichtabscheidung auf Siliziumsubstrat
PAM221103-AOS
| Substrat | |
| Material | Si (111) |
| Durchmesser | 4~6 Zoll |
| Epi-Schicht | |
| Material | AlN |
| Dicke | 200nm |
| XRD FWHM(002) | ≤1500 Bogensekunden |
| Bogen | ≤30 um |
| RMS（5x5um2） | ≤0,35 nm |
| Randriss | Nicht |
| Kratzer | Nicht |
2. Characteristics of Piezoelectric AlN Epitaxial Thin Film
Es gibt hauptsächlich zwei Arten von HF-Filtern: Oberflächenwellenfilter (SAW) und Bulk-Acoustic-Wave-Filter (BAW). FBAR ist eine Art BAW. Zu den wichtigsten zur Auswahl stehenden piezoelektrischen Materialien gehören LiNbO3, LiTaO3, PZT, ZnO und AlN. Unter diesen werden LiNbO3 und LiTaO3 häufig in Oberflächenwellenfiltern (SAW) verwendet und bieten absolute Vorteile bei der Herstellung von SAW-Filtern mit niedrigeren Frequenzen (<3 GHz). In höherfrequenten FBAR-Filtern werden jedoch hauptsächlich piezoelektrische Materialien wie PZT, ZnO und AlN verwendet.
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Eigenschaften von piezoelektrischen AlN-, ZnO- und PZT-Materialien |
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| Materialeigenschaften | AlN | ZnO | PZT |
| Kt2(%) | 6.5 | 7.5 | 8-15 |
| Dielektrizitätskonstante | 9.5 | 9.2 | 80-400 |
| Längsschallgeschwindigkeit (m/s) | 10400 | 6350 | 4000-6000 |
| Inhärenter materieller Verlust | sehr niedrig | niedrig | hoch |
| CMOS-Prozesskompatibilität | kompatibel | unvereinbar | unvereinbar |
| Sedimentationsrate | hoch | Medium | niedrig |
| 1GHz Dämpfung (dB/m) | 800 | 2500 | sehr groß |
In bekannten piezoelektrischen Filtermaterialien kann die Schallwellenausbreitungsgeschwindigkeit von epitaktischen AlN-Dünnfilmen 10.400 m/s erreichen (im Vergleich zu herkömmlichen Substratmaterialien unter 4.000 m/s). Aufgrund seiner hervorragenden chemischen und thermischen Stabilität sowie seiner hohen Empfindlichkeit gegenüber äußeren Umgebungen wie Druck, Temperatur, Spannung und Gas und seiner Kompatibilität mit herkömmlicher CMOS-Technologie auf Siliziumbasis ist der piezoelektrische Aluminiumnitrid-Dünnfilm das idealste piezoelektrische Material in 5G-Hochfrequenz-SAW/BAW-Filtern und MEMS-Sensoren. Insbesondere der piezoelektrische Effekt einer mit Scandium dotierten AlN-Dünnschicht kann deren piezoelektrischen Koeffizienten erheblich erhöhen und dadurch den elektromechanischen Kopplungskoeffizienten von SAW/BAW verbessern, was sie zum piezoelektrischen Kern-/Substratmaterial für die 5G RF SAW/BAW-Filterung der neuen Generation macht.
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