УДК 537.9

Наноструктурированные пьезоэлектрические пленки AlN, полученные реактивным ВЧ-магнетронным распылением

 

А. Ф. Белянин ¹, А. С. Багдасарян ^2,3, С. А. Налимов ¹, Е. Р. Павлюкова ⁴

¹ Центральный научно-исследовательский технологический институт “Техномаш”, 121108 Москва, ул. Ивана Франко 4    

² Научно-производственное предприятие “Технологии радиочастотной идентификации и связи”, 127051 Москва, Сухаревская пл. 4, стр. 1

³ Научно-исследовательский институт радио им. М.И.Кривошеева, 105064 Москва, ул. Казакова 16

⁴ Московский физико-технический институт (государственный университет), 141701, Долгопрудный, Институтский переулок, 9

 

Статья поступила в редакцию 11 ноября 2019 г.

 

Аннотация. Представлены условия получения текстурированных пленок AlN на подложках аморфных и кристаллических материалов методом реактивного ВЧ-магнетронного распыления мишени из Al в атмосфере смеси аргона и азота. Электронной микроскопией, рентгеновской дифрактометрией, энергетической дисперсионной спектроскопией и спектроскопией комбинационного рассеяния света показано влияние условий получения на скорость роста, степень кристалличности, размер и ориентирование кристаллитов. Рассмотрено влияние строения пьезоэлектрических пленок AlN на параметры устройств на поверхностных акустических волнах. Показана возможность контроля пьезоэлектрической эффективности пленок AlN по спектрам комбинационного рассеяния света.

Ключевые слова: пленки нитрида алюминия, магнетронное распыление, пьезоэлектрические материалы, устройства на поверхностных акустических волнах, спектроскопия комбинационного рассеяния света.

Abstract. The conditions for obtaining the textured AlN films on substrates of amorphous and crystalline materials by the method of reactive RF magnetron sputtering of an Al target in an atmosphere of argon and nitrogen mixture are presented. By electron microscopy, X-ray diffractometry, energy dispersive spectroscopy, and Raman spectroscopy it is demonstrated the influence of the manufacturing conditions (composition and pressure of the gas mixture, temperature and material of immovable and moving substrates) on the growth rate and structure (crystallinity degree, size and orientation of crystallites, lattice parameters) of AlN films. The relationship between the film structure and the position of the fixed substrates relative to the target-sputtering region is demonstrated. It is discovered that AlN films consist of crystalline and amorphous phases, while the crystallites have the form of fibers, and the amorphous phase occupies the gap between the fibers. The crystallites of AlN films, regardless of the substrate material, were axially textured along the crystallographic direction <0001>. Under the certain parameters, at sapphire substrates there was a unification of the fibers making up the film into wafers with the formation of a limited texture. The crystallite size of AlN films was 25–65 nm and did not depend on the degree of crystallinity. The films having a fibrous or plate structure demonstrated the piezoelectric properties. The influence of the piezoelectric AlN film structure on the parameters of SAW devices is researched. The possibility of the piezoelectric efficiency control for AlN films through the Raman spectra is demonstrated.

Keywords: aluminum nitride films, magnetron sputtering, piezoelectric materials, surface acoustic wave devices, Raman spectroscopy.

 

Для цитирования:

Белянин А.Ф., Багдасарян А.С., Налимов С.А., Павлюкова Е.Р. Наноструктурированные пьезоэлектрические пленки AlN, полученные реактивным ВЧ-магнетронным распылением. Журнал радиоэлектроники [электронный журнал]. 2019. № 11. Режим доступа: http://jre.cplire.ru/jre/nov19/15/text.pdf. DOI 10.30898/1684-1719.2019.11.15