Нитрид алюминия (AlN) — широко используемый нитрид III-V групп с гексагональной структурой вюрцита в области акустических электронных устройств. Он имеет большую ширину запрещенной зоны (6,2 эВ), совместим с КМОП-технологией и обладает высокой теплопроводностью. Кроме того, тонкие пленки нитрида алюминия получили быстрое развитие благодаря своим характеристикам, таким как высокая фазовая скорость поверхностной акустической волны (ПАВ) и низкий температурный коэффициент материала (ТКД). Однако из-за ограничений в применении тонких пленок AlN их боковой эффективный коэффициент электромеханической связи относительно невелик (≈ 0,5%). Чтобы улучшить коэффициент электромеханической связи, сохранив при этом другие превосходные характеристики, эффективным методом является легирование его для создания новых тройных нитридов, что достигается вместе с другими нитридами III и переходными металлами. Скандий (Sc) является элементом группы IIIB и обычно считается переходным металлом. Sc обычно стабильно существует в виде соединений ScN и имеет кубическую структуру соляного камня. Благодаря схожему размеру атомов скандия и атомов Al он обладает стабильностью переходных металлов и в настоящее время является горячей темой в исследованиях элементов подгруппы.

PAM-XIAMEN может поставлять тонкопленочные материалы AlScN, дополнительные параметры см.:https://www.powerwaywafer.com/alscn-template.html.

1. ЭффектнаукDработая сDifferent Cконцентрации на AlNКристальная структура

Исследуемые тонкие пленки ScxAl1-xN были изготовлены на сапфировой подложке методом магнетронного распыления при трех концентрациях мишеней из сплава ScAl: 13%, 20% и 40%. Результаты рентгеноструктурного анализа показаны на рис.1. При наблюдении дифракционный пик (002) при каждой концентрации очевиден, а интенсивность и полуширина на полувысоте указывают на то, что он имеет хорошую предпочтительную ориентацию оси C. При увеличении концентрации легированных атомов Sc увеличивается объем ячейки, увеличивается межплоскостное расстояние d кристалла и соответственно уменьшается угол θ на пике дифракционной характеристики (002). При увеличении концентрации легирования скандия с 13% до 20% увеличение 2θ на дифракционном пике (002) несущественно, поскольку количество легирования существенно не меняется. При увеличении концентрации с 20% до 40% 2θ на дифракционном пике (002) уменьшается с 35,82° до 35,77°.

С увеличением концентрации легирования атомами Sc меняется и тренд роста кристаллических ячеек. Поскольку объем атомов Sc больше, чем объем атомов Al, при попадании Sc в AlN это приведет к увеличению направлений оси кристалла a и c. Однако рост кристаллических ячеек в направлении оси a происходит быстрее, и их c/a постепенно уменьшается. Из-за разных способов координации w-AlN, ScN и h-ScN, когда Sc входит в структуру w-AlN, он конкурирует с Al за N.

Рис. 1. Рентгенограмма кристалла AlN с различной концентрацией скандия.

2. Влияние концентрации легирования Sc на характеристики AlN.

С увеличением концентрации легирования скандия эта конкуренция усиливается, что приводит к структурным искажениям, размягчению структуры и уменьшению c/a. Размягчение кристалла приводит также к увеличению его пьезоэлектрической чувствительности. Пьезоэлектричество вызывало огромный пьезоэлектрический отклик, в 500% превышающий отклик AlN, когда концентрация Sc достигала 40%.

Кроме того, в других областях исследований, связанных с интегрированной фотоникой, этот материал демонстрирует отличные показатели как оптических, так и пироэлектрических свойств.

Для получения дополнительной информации, пожалуйста, свяжитесь с нами по электронной почте по адресуvictorchan@powerwaywafer.com и powerwaymaterial@gmail.com.