Filem nipis AlN, sebagai bahan piezoelektrik dengan struktur wurtzite, telah menarik banyak perhatian kerana prestasinya yang sangat baik. Walau bagaimanapun, berbanding dengan bahan piezoelektrik lain seperti Pb (ZrxTi1-x) O3 (plumbum zirkonat titanat, PZT), filem nipis AlN tulen mempamerkan tindak balas piezoelektrik yang lebih lemah. Doping unsur lain dalam AlN dianggap kaedah yang berkesan untuk meningkatkan modulus piezoelektrik AlN. Kaedah yang paling berjaya ialah doping scandium(Sc), yang malah boleh meningkatkan pekali piezoelektrik d33 kepada lima kali ganda daripada AlN tulen. Peranti baru muncul berdasarkan wurtzite scandium doped aluminium nitride (ScAlN) menunjukkan potensi besar ScAlN dalam aplikasi sistem mikroelektromekanikal (MEMS) RF.
PAM-XIAMEN boleh membekalkan filem nipis ScAlN yang ditanam pada substrat nilam dan silikon, spesifikasi lanjut sila rujukhttps://www.powerwaywafer.com/alscn-template.html.
Secara umumnya, kestabilan suhu filem nipis menentukan kestabilan suhu peranti, yang penting untuk peranti MEMS. Penggunaan Sc doping untuk meningkatkan tindak balas piezoelektrik juga akan memperkenalkan ketidakpastian dalam ciri suhu filem ScxAl1 - xN. Banyak kajian telah memberi tumpuan kepada kesan suhu pada filem nipis AlN dan ScxAl1-xN, sementara terdapat sedikit kajian sistematik mengenai kesan penyepuhlindapan suhu tinggi pada sifat filem nipis AlN dan ScxAl1-xN. Oleh itu, adalah perlu untuk mengkaji kesan penyepuhlindapan suhu tinggi pada sifat filem nipis AlN dan ScxAl1 - xN.
Penyelidikan telah menunjukkan bahawa filem nipis ScxAl1-xN boleh kekal stabil dalam persekitaran vakum atau udara di bawah 900 ℃, manakala filem nipis AlN boleh kekal stabil dalam persekitaran vakum pada 1300 ℃. Apabila kandungan Sc meningkat, kestabilan ScxAl1-xN akan berkurangan. Menambah elemen Sc boleh meningkatkan d33 AlN sebanyak lima kali. AlN juga boleh mengekalkan piezoelektrik pada 1150 ℃. RTA boleh menggalakkan penghabluran AlN sepanjang orientasi paksi c. Penyepuhlindapan pada 1200 ℃ boleh menggalakkan kelonggaran tekanan AlN dan kelancaran permukaan. Kekonduksian terma filem nipis AlN, Sc0.125Al0.875N, dan Sc0.2Al0.8N telah diuji pada -173.15◦C hingga 176.85◦C, dan kekonduksian terma ketiga-tiga bahan menunjukkan trend suhu positif di bawah 26.85◦C. Penyepuhlindapan suhu tinggi boleh mengurangkan dengan ketara kehilangan perambatan inframerah struktur penebat AlN. Faktor gandingan Sc0.07Al0.93N yang dimendapkan pada elektrod Mo boleh ditingkatkan daripada 6.5% kepada 8.5% dengan penyepuhlindapan in-situ pada 500◦C selama 15 minit.
Filem nipis ScxAl1-xN (x=0, 0.09, 0.20) 1um tebal telah didepositkan pada substrat Si 8 inci (100) menggunakan bekalan kuasa DC berdenyut SPTS Sigma fxP pada 200 ℃, menggunakan sasaran Al tulen dan sasaran aloi Al SC . Kuasa sputtering 5kW, kuasa pincang 165W, nisbah Ar/N2 20/100, 20/100, dan 24/120 sccm, masing-masing, digunakan untuk memotong wafer 8 inci kepada sampel 1×1 cm2. Masa penyepuhlindapan ialah 1 jam, dan suhu secara beransur-ansur meningkat daripada 300 ℃.
1. Keputusan SEM dan AFM daripadaAlN, Sc 0.09 Al 0.91 N, Sc 0.20 Al 0.80 NFilms
Kekasaran RMS bagi filem nipis AlN, Sc0.09Al0.91N, Sc0.20Al0.80N ialah 1.7nm, 1.5nm, dan 9.7nm, masing-masing, seperti ditunjukkan dalam Rajah.1. Selepas penyepuhlindapan vakum pada 900 ℃ dan 1100 ℃ selama 1 jam, bentuk butiran, saiz, dan kekasaran permukaan ketiga-tiga filem tidak menunjukkan perubahan ketara. Selepas penyepuhlindapan vakum pada 1300 ℃ selama 1 jam, retakan muncul dalam ketiga-tiga filem.
Rajah 1 Permukaan SEM dan imej AFM sebagai deposit filem nipis ScxAl1-x (a) AlN (b)Sc0.09Al0.81N; (c) Sc0.20Al0.80N
Rajah 2 Imej SEM dan AFM bagi filem nipis piezoelektrik ScxAl1-x yang disepuh dalam vakum pada 900℃ dan 1100℃ (a) AlN (b)Sc0.09Al0.81N; (c) Sc0.20Al0.80N
Rajah.3 Imej SEM dan AFM bagi filem nipis piezoelektrik ScxAl1-x yang disepuh dalam udara pada 700℃ dan 900℃: (a) AlN (b)Sc0.09Al0.81N; (c) Sc0.20Al0.80N
2. Keputusan XRD daripadaAlN, Sc 0.09 Al 0.91 N, Sc 0.20 Al 0.80 N NipisFilms
Apabila suhu penyepuhlindapan vakum meningkat, puncak pembelauan (002) Sc0.09Al0.91N dan Sc0.20Al0.80N berubah, terutamanya selepas mencapai 900 ℃, manakala AlN tidak menunjukkan perubahan ketara. Apabila suhu penyepuhlindapan meningkat, FWHM bagi tiga filem meningkat, menunjukkan kemerosotan dalam kualiti kristal filem. Kekasaran permukaan meningkat dengan peningkatan suhu penyepuhlindapan dan menjadi semakin tidak stabil dengan peningkatan kandungan Sc. Peralihan puncak disebabkan terutamanya oleh suhu tinggi, dan kesan oksigen adalah agak kecil.
Rajah 4 Corak XRD bagi filem nipis ScxAl1-xN yang disepuh dalam vakum pada pelbagai suhu: (a) AlN (b)Sc0.09Al0.81N; (c) Sc0.20Al0.80N; Nilai FWHM bagi (0002) puncak(d) dan peratusan kandungan oksigen (e) daripada ketiga-tiga filem ini sebagai fungsi suhu
Rajah 5 Corak XRD bagi filem nipis ScxAl1-xN yang disepuhlindap dalam udara pada pelbagai suhu: (a) AlN (b)Sc0.09Al0.81N; (c) Sc0.20Al0.80N; Nilai FWHM bagi (0002) puncak(d) dan peratusan kandungan oksigen (e) daripada ketiga-tiga filem ini sebagai fungsi suhu
3.Kesan Suhu terhadap Kekerasan dan ModulusAlN, Sc0.09Al0.91N, Sc0.20Al0.80N
Rajah 6 Penyepuhlindapan suhu tinggi vakum mempunyai sedikit kesan ke atas kekerasan dan modulus AlN dan AlScN, tetapi sebagai perbandingan, AlN mempunyai kestabilan yang lebih baik.
Rajah 7 Apabila disepuhlindapkan dalam udara pada suhu melebihi 900 ℃, kekerasan dan modulus ketiga-tiga filem berkurangan dengan ketara disebabkan oleh peningkatan ketara dalam kandungan oksigen.
Untuk maklumat lanjut, sila hubungi kami e-mel divictorchan@powerwaywafer.com dan powerwaymaterial@gmail.com.