A película fina de AlScN (Nitreto de Escândio de Alumínio) em safira ou substrato de silício pode ser fornecida por PAM-XIAMEN para a aplicação de filtros SAW / FBAR, dispositivos optoeletrônicos, dispositivos de energia e MEMS. AlScN, um semicondutor III-V ferroelétrico baseado, é um material semicondutor promissor no momento, que pode substituir o Material AlN no campo 5G RF. Dopando alto teor de escândio em nitreto de alumínio, o desempenho piezoelétrico e o coeficiente de acoplamento eletromecânico de dispositivos de radiofrequência podem ser melhorados significativamente. A seguir estão as informações básicas do modelo AlScN de nós:

1. Especificações do modelo AlScN

Modelo AlScN baseado em safira No.1

Modelo AlScN baseado em Si No.2

2. Dificuldades e soluções na preparação de filmes de nitreto de escândio e alumínio altamente dopados com Scandium

Devido à incorporação de alta concentração de Sc, a entropia de mistura da liga de nitreto ternário é positiva, e o filme está em um estado metaestável, o que faz com que o próprio material tenha uma tendência de decomposição de fase. Portanto, as condições de preparação para filmes de AlScN dopados de alto Sc e de alta qualidade são extremamente sensíveis, o que se tornou um grande problema que restringe a produção em massa de filme fino de nitreto de escândio de alumínio ferroelétrico e as aplicações industriais de grande escala a jusante.

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.

Aumentando a concentração de Sc no filme fino de AlN dopado com escândio, a estrutura do material também fará a transição de uma estrutura wurtzita pura (estrutura de AlN) para uma estrutura hexagonal em camadas (fase metaestável de ScN). Esta mudança foi confirmada por experimentos. Uma vez que é difícil determinar a concentração de dopagem inicial da transição de fase na operação real, é difícil determinar com precisão a solubilidade dos metais de transição em materiais de liga. No entanto, a literatura existente mostra que a solubilidade dos metais de transição em AlN é baixa. Pesquisas sobre a estabilidade de fase e características estruturais de filmes de AlN dopados com escândio mostram que quando a concentração dopada com escândio x <56%, a estrutura wurtzita hexagonal é dominante; quando a concentração dopada com escândio x> 56%, o sistema de cristal cúbico é a estrutura principal.

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