Пьезоэлектрические пленки AlN, выращенные реактивным ВЧ-магнетронным распылением

Постановка проблемы. Для изготовления устройств электронной техники перспективными являются слоистые структуры на основе веществ, характеризующихся комплексом уникальных свойств. К таким веществам относится AlN, который обладает свойством автоэлектронной эмиссии, является пьезоэлектрическим и широкозонным полупроводниковым материалом и имеет высокие твердость, теплопроводность, скорость звука, стабильность при высоких температурах. Для создания СВЧустройств акустоэлектроники в качестве пьезоэлектрика перспективен AlN, как материал, обладающий сильным пьезоэлектрическим эффектом. Основной фактор, определяющий достижение и воспроизводимость необходимых физико-химических свойств пленок AlN, в частности, пьезоэлектрических – это строение пленки. Для решения проблемы получения пленок с упорядоченным атомным строением перспективны методы распыления, в частности, магнетронное распыление, при применении которого нет ограничений по температуре синтеза и требований к материалу подложек. Недостатком выращивания пленок методом магнетронного распыления является получение многофазного материала, что требует тщательной отработки условий синтеза и контроля свойств получаемых веществ. 

Цель. Исследовать взаимосвязь условий синтеза пленок AlN с их строением и пьезоэлектрическими свойствами.

Результаты. Методом реактивного ВЧ-магнетронного распыления на подложках аморфных и кристаллических материалов выращены пленки AlN толщиной от 10 нм до 10 мкм. Установлено, что пленки AlN состоят из рентгеноаморфной и аксиально текстурированной по <0001> кристаллической фаз. С использованием электронной микроскопии, рентгеновской дифрактометрии, энергетической дисперсионной спектроскопии и спектроскопии комбинационного рассеяния света изучено влияние условий синтеза на состав и строение пленок AlN. Показаны спектры комбинационного рассеяния света пленок AlN с различным содержанием и строением кристаллической фазы. Пьезоэлектрическую эффективность пленок определяли на макетах линий задержки на поверхностных акустических волнах. 

Практическая значимость. Понимание особенностей кристаллизации и фазовых превращений при выращивании пленок методами распыления способствует созданию слоистых структур с управляемыми значениями функциональных свойств и эксплуатационных характеристик. Показана возможность контролировать пьезоэлектрическую эффективность пленок AlN по спектрам комбинационного рассеяния света. 

Статья опубликована в журнале «Наукоемкие технологии», т. 20, № 7, 2019 г., c. 25−34.