Efekti sadržaja Sc, sadržaja kiseonika i temperature taloženja na ScAlN
RF raspršivanje jedne mete, 200 stepen, pritisak na dnu 1,0*10-4 Pa, veličina mete 152,4 mm, Sc ugrađen u Al metu, snaga raspršivanja 1500W, koncentracija N2 40%
Dvostruki cilj RF ko-sputtering, 400 stepeni, donji pritisak 1,2 * 10-6 Pa, veličina mete 50,8 mm
Za BAW rezonatore, {{0}}.5um Cu se prvo nanosi na površinu supstrata i oblikuje kao žrtvovani sloj za zračni raspor. Piezoelektrični sloj 0.9um, 0.15um Pt/Au/Pt gornji i donji sloj elektrode i 0.1um PECVD SiN nalaze se na gornjoj i donjoj strani sendvič strukture kao zaštitni slojevi.
Da bi se testirao piezoelektrični koeficijent, piezoelektrični film se direktno nanosi na silikonsku podlogu sa otpornošću od 0.01 ohm∙ cm, nakon čega slijedi Ti gornja elektroda.
d33 je mjeren Piezotestom PM300, dok je d31 dobiven metodom savijanja pločice u kojoj pogonsko AC polje primijenjeno na film u z-smjeru inducira napone u xy ravni, čime se mijenja oblik podloge. Deformacija podloge mjerena je laserskim dopler vibrometrom.
Faktor raspršenja S11 se mjeri pomoću analizatora mreže i detekcijske stanice sa stepenom grijanja. Izmjereni su faktori raspršenja na 23, 50 i 85 stupnjeva, a izračunata je antirezonantna frekvencija i temperaturni koeficijent elastične krutosti. Piezoelektrična svojstva ekstrahirana iz izmjerenih podataka BAW rezonatora analiziraju se korištenjem Mersenneovog modela ekvivalentnog kola (prijenosne linije).
Maksimalna vrijednost d33 je 28 pC/N od Sc0.4Al0.6N, a maksimalna vrijednost -d31 je 13 pm/V od Sc0.4Al{{ 11}}.6N
Relativna propusnost je 2(fp-fs)/(fp+fs)(%)
Koeficijent elektromehaničke sprege k2=π2/4(fs/fp)(fp-fs)/fp (%)
U poređenju sa AlN, koeficijent elektromehaničke sprege Sc{{0}}.35Al0.65N povećan je za 2,6 puta i dostigao 15,5%. Manja rezonantna frekvencija ukazuje da je njena elastična krutost manja. Relativni propusni opseg Sc0.35Al0.65N se povećava, ali se povećava temperaturni koeficijent antirezonantne frekvencije.
Uzdužna brzina zvuka VL=(c33/ρ)1/2
U poređenju sa AlN, Sc{{0}}.35Al0.65N ima veći piezoelektrični koeficijent d33 i temperaturni koeficijent elastične krutosti, te manju uzdužnu brzinu zvuka. Međutim, u poređenju sa ZnO, Sc0.35Al0.65N ima veći piezoelektrični koeficijent d33 i uzdužnu brzinu zvuka, te manji temperaturni koeficijent elastične krutosti.
Kako se sadržaj Sc povećava, a raste, c/a se smanjuje, a uzdužna brzina zvuka opada.
ScxAl{{0}}xN (x =0, 0.1, 0.2, 0.3) tanki filmovi su deponovani od strane DC co -prskanje na Al2O3 (0001) pločicu/TiN (111) sloj sjemena/sloj elektrode. Donji pritisak je 6*10-7Pa, procesni pritisak je 0,17Pa, 30 SCCM Ar i 19,8 SCCM N2, a ciljni prečnik je 5 cm. Debljina TiN sloja semena je bila 100–200 nm, ukupna snaga raspršivanja je bila 150 W, a temperature supstrata bile su 400, 600 i 800 stepeni. IV test struktura je Au/Cr/ScxAl1-xN/TiN/Al2O3, a za ispitivanje piezoelektričnih svojstava koriste se interferometrija sa dvostrukim snopom (DBI) i piezoresponse force microscopy (PFM).
Neusklađenost rešetke između TiN (d(101)= 3.00 A˚) i AlN (a=3.11 A˚) je 3,67%, a a od Sc0.2Al0.8N je 3,23 A. Veća neusklađenost rešetke dovodi do toga da je kvalitet kristala lošiji. Neusklađenost rešetke između ZrN (d(101)= 3.27 A˚) i Sc0.2Al0.8N je 1,2%. Međutim, kvaliteta kristala Sc0.2Al0.8N uzgojenog na ZrN nije poboljšana, što može biti povezano s hrapavostom površine i atomima. Vezano za pokretljivost na sloju sjemena.
Struja curenja AlN je izuzetno mala i ne mijenja se s temperaturom taloženja. Struja curenja ScAlN uzgojenog na 400 stepeni je takođe veoma niska. Struja curenja filmova deponovanih iznad 400 stepeni raste sa povećanjem temperature taloženja i sadržaja Sc. Strukturna degradacija i razdvajanje faza uzrokovano visokim temperaturama supstrata utječu na kvalitet kristala i dielektrična svojstva tankih filmova.
Proces prskanja
Kako se sadržaj kisika povećava, orijentacija AlN postaje lošija, poluširina se povećava, brzina rasta se smanjuje, a piezoelektrična svojstva se mijenjaju, što može dovesti do promjena u smjeru polarizacije. Sadržaj kisika u filmu također se dramatično povećava.
Visokokvalitetni skandij i AlSc meta za raspršivanje su ključni materijali za pripremu ScAlN tankog filma. HNRE je uspješno razvio naprednu tehnologiju za proizvodnju mete za raspršivanje skandija s niskim sadržajem kisika i visoke čistoće i mete za raspršivanje skandija od aluminija. Među našim AlSc ciljevima za raspršivanje, sadržaj Sc može biti do 40at% sa vrlo homogenom distribucijom i orijentacijom zrna. HNRE takođe obezbeđuje i druge oblike prekursorskih materijala ScAlN kao što su ScN i AlScN prahovi ili druga Sc jedinjenja.