Pengaruh Kandungan Sc, Kandungan Oksigen dan Suhu Deposisi terhadap ScAlN
Target tunggal RF sputtering, 200 derajat, tekanan dasar 1.0*10-4 Pa, ukuran target 152,4 mm, Sc tertanam dalam target Al, daya sputtering 1500W, konsentrasi N2 40%
Target ganda RF co-sputtering, 400 derajat, tekanan dasar 1,2 * 10-6 Pa, ukuran target 50,8 mm
Untuk resonator BAW, {{0}}.5um Cu pertama kali diendapkan pada permukaan substrat dan dipolakan sebagai lapisan pengorbanan untuk celah udara. Lapisan piezoelektrik 0.9um, lapisan elektroda atas dan bawah 0.15um Pt/Au/Pt, dan 0,1um PECVD SiN terletak pada sisi atas dan bawah struktur sandwich sebagai lapisan pelindung.
Untuk menguji koefisien piezoelektrik, film piezoelektrik langsung diendapkan pada substrat silikon dengan resistivitas 0,01 ohm∙ cm, diikuti oleh elektroda atas Ti.
d33 diukur dengan PM300 Piezotest, sedangkan d31 diperoleh menggunakan metode pembengkokan wafer di mana medan AC penggerak yang diterapkan pada film dalam arah z menginduksi tegangan pada bidang xy, sehingga mengubah bentuk substrat. Deformasi substrat diukur dengan vibrometer Doppler laser.
Faktor hamburan S11 diukur dengan penganalisa jaringan dan stasiun deteksi dengan tahap pemanasan. Faktor hamburan diukur pada 23, 50 dan 85 derajat, dan frekuensi antiresonansi dan koefisien suhu kekakuan elastis dihitung. Sifat piezoelektrik yang diekstraksi dari data terukur resonator BAW dianalisis menggunakan model rangkaian ekivalen Mersenne (saluran transmisi).
Nilai maksimum d33 adalah 28 pC/N dari Sc0.4Al0.6N, dan nilai maksimum -d31 adalah 13 pm/V dari Sc0.4Al0.6N.
Lebar pita relatif adalah 2(fp-fs)/(fp+fs)(%)
Koefisien kopling elektromekanis k2=π2/4(fs/fp)(fp-fs)/fp (%)
Dibandingkan dengan AlN, koefisien kopling elektromekanis Sc{{0}}.35Al0.65N meningkat 2,6 kali lipat, mencapai 15,5%. Frekuensi resonansi yang lebih kecil menunjukkan bahwa kekakuan elastisnya lebih kecil. Lebar pita relatif Sc0.35Al0.65N meningkat, tetapi koefisien suhu frekuensi antiresonansi meningkat.
Kecepatan suara longitudinal VL=(c33/ρ)1/2
Dibandingkan dengan AlN, Sc{{0}}.35Al0.65N memiliki koefisien piezoelektrik d33 dan koefisien suhu kekakuan elastis yang lebih besar, serta kecepatan suara longitudinal yang lebih kecil. Namun, dibandingkan dengan ZnO, Sc0.35Al0.65N memiliki koefisien piezoelektrik d33 dan kecepatan suara longitudinal yang lebih besar, serta koefisien suhu kekakuan elastis yang lebih kecil.
Ketika kandungan Sc meningkat, a meningkat, c/a menurun, dan kecepatan suara longitudinal menurun.
Film tipis ScxAl{{0}}xN (x =0, 0.1, 0.2, 0.3) diendapkan melalui ko-sputtering DC pada wafer Al2O3 (0001)/lapisan benih TiN (111)/lapisan elektroda. Tekanan dasar adalah 6*10-7Pa, tekanan proses adalah 0,17Pa, 30 SCCM Ar dan 19,8 SCCM N2, dan diameter target adalah 5cm. Ketebalan lapisan benih TiN adalah 100–200 nm, daya sputtering total adalah 150 W, dan suhu substrat adalah 400, 600, dan 800 derajat. Struktur uji IV adalah Au/Cr/ScxAl1-xN/TiN/Al2O3, dan interferometri sinar ganda (DBI) dan mikroskopi gaya respons piezo (PFM) digunakan untuk menguji sifat piezoelektrik.
Ketidakcocokan kisi antara TiN (d(101)= 3.00 A˚) dan AlN (a=3.11 A˚) adalah 3,67%, dan a dari Sc0.2Al0.8N adalah 3,23 A. Ketidakcocokan kisi yang lebih besar menyebabkan kualitas kristal lebih buruk. Ketidakcocokan kisi antara ZrN (d(101)= 3.27 A˚ ) dan Sc0.2Al0.8N adalah 1,2%. Namun, kualitas kristal Sc0.2Al0.8N yang tumbuh pada ZrN belum membaik, yang mungkin terkait dengan kekasaran permukaan dan atom. Terkait dengan mobilitas pada lapisan benih.
Arus bocor AlN sangat kecil dan tidak berubah dengan suhu pengendapan. Arus bocor ScAlN yang tumbuh pada suhu 400 derajat juga sangat rendah. Arus bocor film yang diendapkan di atas suhu 400 derajat meningkat dengan peningkatan suhu pengendapan dan kandungan Sc. Degradasi struktural dan pemisahan fase yang disebabkan oleh suhu substrat yang tinggi memengaruhi kualitas kristal dan sifat dielektrik film tipis.
Proses sputtering
Seiring meningkatnya kandungan oksigen, orientasi AlN menjadi lebih buruk, lebar setengahnya meningkat, laju pertumbuhan menurun, dan sifat piezoelektrik berubah, yang dapat menyebabkan perubahan arah polarisasi. Kandungan oksigen dalam film juga meningkat secara dramatis.
Target sputtering skandium dan AlSc berkualitas tinggi merupakan material utama untuk menyiapkan lapisan tipis ScAlN. HNRE telah berhasil mengembangkan teknologi canggih untuk memproduksi target sputtering skandium dan target sputtering skandium aluminium dengan kadar oksigen rendah dan kemurnian tinggi. Di antara target sputtering AlSc kami, kandungan Sc dapat mencapai 40at% dengan distribusi dan orientasi butiran yang sangat homogen. HNRE juga menyediakan bentuk lain dari material prekursor ScAlN seperti bubuk ScN dan AlScN atau senyawa Sc lainnya.