Màng mỏng AlScN (Nhôm Scandium Nitride) trên nền sapphire hoặc silicon có thể được cung cấp bởi PAM-Hạ Môn để ứng dụng bộ lọc SAW / FBAR, thiết bị quang điện tử, thiết bị nguồn và MEMS. AlScN, một chất sắt điện bán dẫn III-V, là một vật liệu bán dẫn đầy hứa hẹn hiện nay, có thể thay thế Vật liệu AlN trong trường RF 5G. Bằng cách pha tạp hàm lượng cao của scandium vào nhôm nitride, hiệu suất áp điện và hệ số ghép cơ điện của các thiết bị tần số vô tuyến có thể được cải thiện đáng kể. Sau đây là thông tin cơ bản của mẫu AlScN từ chúng tôi:
1. Thông số kỹ thuật của Mẫu AlScN
Mẫu AlScN dựa trên Sapphire số 1
Thông số | Phim AlScN trên Sapphire Wafer mặt phẳng C | ||
Sl. Không. | PAM-050A | PAM-100A | PAM-150A |
Đường kính | 2” | 4" | 6 ” |
Nồng độ Sc | 40 ± 15% | ||
Độ dày màng AlScN | 800 um | ||
FWHM-HRXRD | ≤120 arcsec | ||
Ra [5x5um] | ≤10 nm | ||
TTV | ≤10 um | ≤20 um | ≤20 um |
Cây cung | ≤20 um | ≤40 um | ≤60 um |
Làm cong | ≤20 um | ≤40 um | ≤60 um |
Chất nền Sapphire | |||
Độ dày lớp nền | 430 ± 15 um | 650 ± 20 um | 1300 ± 20 um |
Sự định hướng | trục c (0001) ± 0,2 ° | ||
Diện tích sử dụng được | > 95% | ||
Các vết nứt | Không ai |
Mẫu AlScN dựa trên Si số 2
Thông số | Phim AlScN trên nền silicon mặt phẳng C | ||
Sl. Không. | PAM-100S | PAM-150S | PAM-200S |
Đường kính | 4" | 6 ” | số 8" |
Nồng độ Sc | 40 ± 5% | ||
Độ dày màng AlScN | 800 um | ||
FWHM-HRXRD | ≤2 ° | ||
Ra [5x5um] | ≤5 nm | ||
TTV | ≤10 um | ≤5 um | ≤4 um |
Cây cung | ≤25 um | ≤40 um | ≤40 um |
Làm cong | ≤25 um | ≤40 um | ≤40 um |
Chất nền silicon | |||
Độ dày lớp nền | 525 ± 20 um | 625 ± 15 um | 725 ± 15 um |
Sự định hướng | trục c (0001) ± 0,2 ° | ||
Loại dẫn điện | N / P | ||
Điện trở | > 5000 ohm | ||
Diện tích sử dụng được | > 95% | ||
Các vết nứt | Không ai |
2. Khó khăn và giải pháp trong việc chuẩn bị màng nhôm Scandium nitride pha tạp nhiều
Do sự kết hợp của nồng độ Sc cao, entropi trộn của hợp kim nitrit bậc ba là dương và màng ở trạng thái bền, khiến bản thân vật liệu có xu hướng phân hủy theo giai đoạn. Do đó, các điều kiện chuẩn bị cho màng AlScN pha tạp Sc và chất lượng cao là cực kỳ nhạy cảm, điều này đã trở thành một vấn đề lớn hạn chế việc sản xuất hàng loạt màng mỏng nhôm scandium nitride sắt thép và các ứng dụng công nghiệp quy mô lớn ở hạ lưu.
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.
Tăng nồng độ Sc trong màng mỏng AlN pha tạp chất scandium, cấu trúc của vật liệu cũng sẽ chuyển từ cấu trúc wurtzite nguyên chất (cấu trúc AlN) sang cấu trúc lục giác phân lớp (pha siêu bền ScN). Sự thay đổi này đã được xác nhận bởi các thí nghiệm. Do rất khó xác định nồng độ pha tạp ban đầu của quá trình chuyển pha trong thực tế vận hành nên khó xác định chính xác độ hòa tan của kim loại chuyển pha trong vật liệu hợp kim. Tuy nhiên, các tài liệu hiện có cho thấy rằng độ hòa tan của các kim loại chuyển tiếp trong AlN là thấp. Các nghiên cứu về độ bền pha và đặc điểm cấu trúc của màng AlN pha tạp chất scandium cho thấy khi nồng độ pha tạp scandium x <56%, cấu trúc wurtzite lục giác chiếm ưu thế; khi nồng độ pha tạp scandium x> 56%, hệ tinh thể lập phương là cấu trúc chính.
Để biết thêm thông tin, vui lòng liên hệ với chúng tôi qua email victorchan@powerwaywafer.com và powerwaymaterial@gmail.com.