Une couche mince d'AlScN (nitrure d'aluminium et de scandium) sur un substrat de saphir ou de silicium peut être fournie par PAM-XIAMEN pour l'application de filtres SAW / FBAR, d'appareils optoélectroniques, d'appareils de puissance et de MEMS. AlScN, un ferroélectrique à base de semi-conducteur III-V, est un matériau semi-conducteur prometteur à l'heure actuelle, qui peut remplacer le matériau AIN dans le domaine RF 5G. En dopant une teneur élevée en scandium dans du nitrure d'aluminium, les performances piézoélectriques et le coefficient de couplage électromécanique des dispositifs à radiofréquence peuvent être considérablement améliorés. Voici les informations de base du modèle AlScN de notre part :

1. Spécifications du modèle AlScN

Modèle AlScN à base de saphir n°1

Modèle AlScN n°2 basé sur Si

2. Difficultés et solutions de préparation de films de nitrure de scandium d'aluminium fortement dopé Sc

En raison de l'incorporation d'une concentration élevée en Sc, l'entropie de mélange de l'alliage de nitrure ternaire est positive et le film est dans un état métastable, ce qui fait que le matériau lui-même a tendance à se décomposer en phase. Par conséquent, les conditions de préparation des films AlScN hautement dopés et de haute qualité sont extrêmement sensibles, ce qui est devenu un problème majeur qui restreint la production en série de films minces de nitrure de scandium et d'aluminium ferroélectrique et les applications industrielles à grande échelle en aval.

Because Sc, Al, and N do not have solid solubility in thermal equilibrium, it is difficult to prepare Sc-Al or Sc-Al-N alloy targets. In the previous studies, most of the schemes used dual-target sputtering systems to prepare AlScN films. This scheme cannot prepare a thin film with uniform Sc concentration and uniform performance. With the increasing maturity of AlSc alloy target preparation technology, Sc-Al alloy ingots can basically meet the needs of various target materials. Therefore, the magnetron sputtering technology of alloy targets is used to prepare AlScN thin films. In 2010, Japan’s Akiyama et al used Sc0.42Al0.58 alloy targets to successfully fabricate Sc0.38Al0.62N films with a piezoelectric coefficient of 19 pC/N, which were combined with the Sc0.38Al0.62N films prepared by the double co-sputtering method. The piezoelectric constants are basically the same, which confirms the feasibility of AlSc alloy targets for preparing high-voltage electrical ScxAl1-xN films. At the same time, it is proposed that AlSc alloy targets are effective targets for keeping the concentration of scandium in ScxAl1-xN films constant. In 2017, Chiba University in Japan used an AlSc alloy target to grow a Sc0.32Al0.68N film, and successfully fabricated a SAW device with an electromechanical coupling coefficient greater than 2.5% based on the film material. In 2020, the University of Pennsylvania in the United States successfully fabricated a 1.5GHz SAW device with an electromechanical coupling coefficient as high as 4.78% based on the Si-based Al0.68Sc0.32N film.

En augmentant la concentration de Sc dans le film mince d'AlN dopé au scandium, la structure du matériau passera également d'une structure wurtzite pure (structure AIN) à une structure hexagonale en couches (phase métastable ScN). Ce changement a été confirmé par des expériences. Puisqu'il est difficile de déterminer la concentration de dopage initiale de la transition de phase en fonctionnement réel, il est difficile de déterminer avec précision la solubilité des métaux de transition dans les matériaux d'alliage. Cependant, la littérature existante montre que la solubilité des métaux de transition dans l'AIN est faible. Les recherches sur la stabilité de phase et les caractéristiques structurelles des films d'AlN dopés au scandium montrent que lorsque la concentration dopée au scandium x<56%, la structure hexagonale de wurtzite est dominante ; lorsque la concentration dopée en scandium x>56%, le système cristallin cubique est la structure principale.

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