Ефекти на съдържанието на Sc, съдържанието на кислород и температурата на отлагане върху ScAlN
RF разпръскване с единична мишена, 200 градуса, долно налягане 1,0*10-4 Pa, размер на мишената 152,4 mm, Sc вграден в Al мишена, мощност на разпръскване 1500W, концентрация на N2 40%
RF съвместно разпръскване на двойна мишена, 400 градуса, дънно налягане 1,2 * 10-6 Pa, размер на мишената 50,8 mm
За BAW резонатори {{0}}.5um Cu първо се отлага върху повърхността на субстрата и се оформя като жертвен слой за въздушната междина. 0.9um пиезоелектричен слой, 0.15um Pt/Au/Pt горен и долен електроден слой и 0,1um PECVD SiN са разположени от горната и долната страна на сандвич структурата като защитни слоеве.
За да се тества пиезоелектричният коефициент, пиезоелектричен филм се отлага директно върху силициев субстрат със съпротивление 0.01 ohm∙ cm, последван от горен електрод от Ti.
d33 беше измерен с PM300 Piezotest, докато d31 беше получен с помощта на метод за огъване на пластини, при който управляващо AC поле, приложено към филма в z-посока, предизвиква напрежения в равнината xy, като по този начин променя формата на субстрата. Деформацията на субстрата се измерва с лазерен доплеров виброметър.
Коефициентът на разсейване S11 се измерва от мрежов анализатор и станция за откриване с нагревателно стъпало. Коефициентите на разсейване бяха измерени при 23, 50 и 85 градуса и бяха изчислени антирезонансната честота и температурният коефициент на еластичната коравина. Пиезоелектричните свойства, извлечени от измерените данни на BAW резонатора, се анализират с помощта на модела на еквивалентната верига на Мерсен (преносна линия).
Максималната стойност на d33 е 28 pC/N от Sc0.4Al0.6N, а максималната стойност на -d31 е 13 pm/V от Sc0.4Al{{ 11}}.6N
Относителната честотна лента е 2(fp-fs)/(fp+fs)(%)
Електромеханичен коефициент на свързване k2=π2/4(fs/fp)(fp-fs)/fp (%)
В сравнение с AlN, електромеханичният коефициент на свързване на Sc{{0}}.35Al0.65N се увеличава с 2,6 пъти, достигайки 15,5%. По-малката резонансна честота показва, че неговата еластична коравина е по-малка. Относителната честотна лента на Sc0.35Al0.65N се увеличава, но температурният коефициент на антирезонансната честота се увеличава.
Надлъжна скорост на звука VL=(c33/ρ)1/2
В сравнение с AlN, Sc{{0}}.35Al0.65N има по-висок пиезоелектричен коефициент d33 и температурен коефициент на еластична коравина и по-малка надлъжна скорост на звука. Въпреки това, в сравнение с ZnO, Sc0.35Al0.65N има по-висок пиезоелектричен коефициент d33 и надлъжна скорост на звука и по-малък температурен коефициент на еластична коравина.
С увеличаване на съдържанието на Sc, a се увеличава, c/a намалява и надлъжната скорост на звука намалява.
ScxAl{{0}}xN (x =0, 0.1, 0.2, 0.3) тънки филми бяха депозирани от DC co -разпръскване върху Al2O3 (0001) пластина/TiN (111) зародишен слой/електроден слой. Налягането на дъното е 6*10-7Pa, налягането на процеса е 0,17Pa, 30 SCCM Ar и 19,8 SCCM N2, а целевият диаметър е 5 cm. Дебелината на зародишния слой на TiN беше 100–200 nm, общата мощност на разпръскване беше 150 W, а температурите на субстрата бяха 400, 600 и 800 градуса. Тестовата структура IV е Au/Cr/ScxAl1-xN/TiN/Al2O3, а интерферометрията с двоен лъч (DBI) и силова микроскопия с пиезорефект (PFM) се използват за тестване на пиезоелектричните свойства.
Несъответствието на решетката между TiN (d(101)= 3.00 A˚) и AlN (a=3.11 A˚) е 3,67%, а a на Sc0.2Al0.8N е 3,23 A. По-голямото несъответствие на решетката води до по-лошо качество на кристала. Несъответствието на решетката между ZrN (d(101)= 3.27 A˚ ) и Sc0.2Al0.8N е 1,2%. Въпреки това, качеството на кристала Sc0.2Al0.8N, отгледан върху ZrN, не се е подобрило, което може да е свързано с грапавостта на повърхността и атомите. Свързано с мобилността върху семенния слой.
Токът на утечка на AlN е изключително малък и не се променя с температурата на отлагане. Токът на утечка на ScAlN, отглеждан при 400 градуса, също е много нисък. Токът на утечка на филми, отложени над 400 градуса, се увеличава с повишаването на температурата на отлагане и съдържанието на Sc. Структурната деградация и разделянето на фазите, причинени от високите температури на субстрата, влияят върху качеството на кристалите и диелектричните свойства на тънките филми.
Процес на разпрашаване
С увеличаването на съдържанието на кислород ориентацията на AlN се влошава, полуширината се увеличава, скоростта на растеж намалява и пиезоелектричните свойства се променят, което може да доведе до промени в посоката на поляризацията. Съдържанието на кислород във филма също се увеличава драстично.
Висококачествената мишена за разпрашаване от скандий и AlSc е ключовият материал за получаване на тънък филм ScAlN. HNRE е успешно разработена усъвършенствана технология за производство на мишена за разпръскване на скандий с ниско съдържание на кислород и висока чистота и мишена за разпръскване на алуминий от скандий. Сред нашите мишени за разпрашаване от AlSc, съдържанието на Sc може да бъде до 40 at% с много хомогенно разпределение и ориентация на зърната. HNRE предоставя и други форми на ScAlN прекурсорни материали като ScN и AlScN прахове или други Sc съединения.