基于同步HiPIMS的高度晶体AlScN薄膜沉积 -- 从组合筛选到压电器件
材料科学
2024-05-02 v1
摘要
5G 革命推动了对基于AlScN的高级射频微机电系统(MEMS)的需求迅速增长。然而，合成高质量、有取向性的AlScN薄膜具有挑战性。当前方法通常依赖于高温和昂贵的化合物靶材。本研究展示了离子化物理沉积技术可在较低温度下沉积具有高度取向性且缺陷极少的AlScN薄膜。使用金属离子同步高功率脉冲磁浊共挥沉积(MIS-HiPIMS)技术，我们能够选择性地轰击生长薄膜中的Al和/或Sc离子，以增强表面原子活性，同时能够调节应力并在复杂结构上实现 conformal 铸造。我们发现，AlN wurtzite 相中Sc的溶解度略降低，但晶体性和取向性显著提高。通过基片偏置可完全消除取向性晶粒，剩余应力可通过相同方式进行调节。测量得到的压电响应与DFT预测相符，且与当前最先进技术持平。最后，我们在结构化Si晶圆上实现了c轴取向AlScN的 conformal 铸造，凸显了离子化PVD技术在制造高级射频滤波器和下一代MEMS器件方面的前景。
引用
@article{arxiv.2405.00210,
title = {Deposition of highly-crystalline AlScN thin films using synchronized HiPIMS -- from combinatorial screening to piezoelectric devices},
author = {Jyotish Patidar and Kerstin Thorwarth and Thorsten Schmitz-Kempen and Roland Kessels and Sebastian Siol},
journal= {arXiv preprint arXiv:2405.00210},
year = {2024}
}