Substrat et modèle monocristallin AlN

Des gabarits AlN haute transparence sur substrat saphir et silicium sont disponibles auprès dePAM-XIAMEN, qui conviennent à la fabrication de dispositifs BAW, SAW et électroniques de puissance à haute fréquence. Le modèle en nitrure d'aluminium (AIN) présente non seulement les caractéristiques du film piézoélectrique AIN, mais présente également les caractéristiques d'un taux de propagation sonore plus élevé, d'une perte sonore plus faible, d'un coefficient de couplage électromécanique plus élevé et d'un coefficient de dilatation thermique similaire à celui du Si. Par conséquent, il présente de larges perspectives d’application dans les domaines des dispositifs à ondes acoustiques de surface (SAW) et à ondes acoustiques de masse (BAW) et des communications à large bande haute fréquence. Étant donné que le film AIN a une vitesse BAW élevée (11 300 m/s) et une vitesse SAW (> 7 500 m/s), le BAW et le SAW fabriqués sur un gabarit AIN épiprêt présentent des avantages évidents.

1. Spécifications du monocristal AlN

Substrat cristallin AlN(PAM210702-AlN)

Taille		10x10mm
Épaisseur		400 ± 50 µm
Type de cristal		2H
Orientation		{0001}± 0,5 °
Finition de surface Face Al		CMP, simple face polie
Rugosité	Al visage	≤0,5 nm
	Face N (arrière)	≤1,2 µm
Forme		Rectangle
Rayures		Aucun
Durée cumulée		≤1,0 millimètres
Surface utilisable		≥90 %
TTV		≤ 30 µm
Arc		≤ 30 µm
Envelopper		≤ 30 µm
Fissures		Aucun, à l'oeil nu, lumière de haute intensité
Contamination des surfaces		Aucune, à l'œil nu, lumière diffuse
Emballage		Gobelets à gaufrettes simples

 

Substrat en graphite de 0,04" d'épaisseur pour le porte-échantillon du four RTP, 3" ou 5" OD sélectionnable - EQ-G-Holder
Substrat en nitrure d'aluminium de 3" de diamètre x 0,025" d'épaisseur pour le porte-échantillon du four RTP - EQ-AIN-Holder

AlN Monocristal

Substrat monocristallin AlN <0001>, 10x10x0,45 mm, 2SP
Substrat monocristallin AlN <0001>, 5x5x0,45 mm, 2SP

Modèle AlN sur silicium

Gabarit AlN non dopé sur silicium (type Si <111> P) 5 mm x 5 mm x 200 nm
Gabarit AlN non dopé sur silicium (type Si <111> P) 10 mm x 10 mm x 200 nm
Gabarit AlN sur silicium 4″ (Si <111>, type P, dopé B) 4″x 500 nm
Gabarit AlN non dopé sur silicium 2″ (type Si <111> N) 2″x 500 nm
Gabarit AlN non dopé sur silicium 2″ (Si <111>, type N) 2″x 200 nm
Gabarit AlN non dopé sur silicium 4″ (Si, sur type <111> P) 4″x 200 nm

Modèle AlN sur Saphir

Substrat monocristallin AlN <0001>, 10x10x0,45 mm, 2SP
Substrat monocristallin AlN <0001>, 5x5x0,45 mm, 2SP
Gabarit AlN non dopé sur saphir, 2″x1000nm t - deux faces polies
Gabarit AlN non dopé sur saphir 10x10mmx1000nm
Gabarit AlN non dopé sur saphir 10x10mmx5000nm
Gabarit AlN non dopé sur Sapphire 2″Dia. x1000nm d'épaisseur, un côté poli
Gabarit AlN non dopé sur saphir 5x5x0,5 mm, 1sp, film : 1000 nm
Gabarit AlN sur Saphir, 2″x 5000 nm
Gabarit AlN sur Saphir 4″x 1000 nm
Gabarit AlN sur Saphir, 4″x 5000 nm

Les modèles d'AlN, par exemple une couche mince épitaxiale d'AlN sur un substrat monocristallin, constituent la nouvelle vague en matière deMatériaux semi-conducteurs en nitrure, qui constitue la solution la plus rentable pour développer un film mince de nitrure III-V de haute qualité.

2. À propos de l'aluminium Ntride

AlN est la seule phase stable du système binaire AI-N. Il a une liaison covalente et une structure wurtzite hexagonale et ne peut pas fondre sous pression normale, mais se décompose à 2 500 K. Le nitrure d'aluminium a une transmission optique élevée dans toutes les bandes de fréquences visibles et infrarouges.

Voici une variété d’excellentes propriétés du matériau semi-conducteur AIN :

• La bande interdite est une bande interdite directe de 6,2eV. La couche d'AlN polycristallin est donc un matériau important émettant de la lumière bleue et ultraviolette ;
• Il a une conductivité thermique élevée, une résistivité élevée, un fort champ de claquage, un faible coefficient diélectrique, ce qui en fait d'excellents matériaux électroniques à haute température, haute fréquence et haute puissance pour les appareils ;
• L'AIN orienté le long de l'axe c possède de très bonnes propriétés piézoélectriques et de propagation à grande vitesse des ondes acoustiques de surface, ce qui constitue d'excellents matériaux piézoélectriques pour les dispositifs à ondes acoustiques de surface ;
• Le cristal de nitrure d'aluminium et le cristal de nitrure de gallium ont une constante de réseau et un coefficient de dilatation thermique très proches, ce qui constitue le matériau de substrat préféré pour la croissance épitaxiale des dispositifs optoélectroniques à base de nitrure de gallium.

Comparaison des caractéristiques de l'AIN et d'autres matériaux semi-conducteurs couramment utilisés :

Matériaux	AIN	Si	AsGa	GaN	3C-SiC	6H-SiC	Sio2
Largeur de bande interdite (eV)	6.2	1.12	1.43	3.4	2.2	2.9	9
Coefficient de dilatation thermique (10-6K-1)	4.5	2.6	5.9	5.6	4.7	4.8	0.5
Densité (g/cm3)	3.26	2.33	5.32	6.09	3.20	3.20	2.27
Intensité du champ de claquage (106V/cm)	14	0.2	0.5	> 10	3	4	13
Conductivité thermique (W/cm℃)	3.0	1.5	0.46	1.3	5	5	0. 014
Constante diélectrique	8.5	11.9	12.8	1 1.1	9.7	10	3.9
Résistivité (ohm-cm)	> 1013	1000	108	> 1010	150	–	> 1014
Indice de réfraction	2.15	3.5	3.4	2.33	2.7	2.7	1.46

 

3. Croissance épitaxiale d’AlN

À l'heure actuelle, la technique de croissance d'AlN est assez mature et des films minces d'AIN ont été préparés par dépôt à l'aide de diverses technologies. Les méthodes les plus courantes comprennent le dépôt chimique en phase vapeur (CVD), l'évaporation thermique, l'épitaxie par jet moléculaire (MBE), le dépôt laser pulsé (PLD), la nitruration par faisceau d'ions, la pulvérisation magnétron réactive (RS), etc.

Outre la technologie de croissance de la couche épitaxiale d'AlN, un autre facteur crucial dans la croissance épitaxiale de films minces est la sélection d'un substrat approprié. Les éléments importants pris en compte incluent la qualité des cristaux, les paramètres de réseau, le coefficient de dilatation thermique, l'aspect pratique et le prix, etc. Pour la croissance épitaxiale du modèle AlN, le tableau suivant répertorie certains matériaux et paramètres de substrat couramment utilisés :

Caractéristiques des cristaux		AIN Hex.	GaN Hex.	Auberge Hex.	a-Al2O3 Hex.	6H-SiC Hex.	Si Cubique
Structure en cristal
Constante de réseau (A)	un	3.111	3.186	3.545	4.758	3.081	5.43
	c	4.979	5.178	5.703	11.991	15.092	5.43
	Californie	1.6	1.625	1.609	1.73	4.9	1
Coefficient de dilatation thermique	un	4.2	5.59	5.7	7.5	4.2	3.59
(10-6C-1)	c	5.3	3.17	3.7	8.5	4.68	3.59

 

Parmi les substrats présentés dans le tableau, le Si est devenu le premier substrat à être utilisé en raison de ses caractéristiques largement disponibles, de son faible coût et de sa technologie mature. Cependant, les nitrures du groupe II (AlN, GaN et InN) présentent un important décalage de réseau avec Si, leurs structures cristallines (structure wurtzite hexagonale et structure diamant cubique) ne correspondent pas et les coefficients de dilatation thermique sont également très différents. C'est pourquoi il est difficile de faire croître par épitaxie un modèle d'AlN sur un substrat de Si, en particulier lorsqu'il faut préparer des films plus épais.

Les paramètres de réseau du 6H-SiC sont relativement proches de ceux de l'AlN (environ 1 %) et ont le même coefficient de dilatation thermique (4,2 × 10 °C). Par conséquent, le 6H-SiC est considéré comme le substrat préféré pour la culture d’un modèle AlN de haute qualité. Cependant, par rapport à d'autres substrats, en raison de la dureté extrêmement élevée du 6H-SiC, il est difficile à polir, ce qui entraîne une qualité de surface particulièrement médiocre des tranches de 6H-SiC. Une mauvaise topographie de surface du substrat entraîne souvent une mauvaise qualité du film, et le 6H-SiC est très coûteux et difficile à obtenir.

Les substrats saphir (a-Al2O3) ont été appliqués avec succès à la croissance de sous-nitrures. Parmi les nitrures, l'AlN présente la corrélation de performances la plus étroite avec le saphir. D'un point de vue chimique, la croissance de la matrice AlN/saphir implique une simple conversion de l'oxyde d'Al en nitrure. Il a été prouvé que les films AlN sont préparés par MOCVD ou MBE. En raison de la stabilité du saphir et du groupe spatial hexagonal partagé sur l’axe C, le saphir orienté (0001) est un substrat approprié pour la croissance de modèles AlN à faible densité de luxation.

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