ИРЭ им. В.А. Котельникова РАН English Войти Подать статью
Журнал радиоэлектроники Электронный научный журнал · eISSN 1684-1719
2026, № 1 · ФИЗИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ ЭЛЕКТРОНИКИ

Оптические и механические характеристики пленок нитрида алюминия, полученных методом магнетронного распыления для высокодобротных ОАВ-резонаторов

А.Ю. Куклев1,2,3, В.И. Струнин1,3, Л.В. Баранова1,3, Н.А. Давлеткильдеев1,3, Н.А. Чириков1,2

1 Институт радиофизики и физической электроники Омского научного центра СО РАН, Омск, Россия
2 Омский научно-исследовательский институт приборостроения, Омск, Россия
3 Омский государственный университет им. Ф.М. Достоевского, Омск, Россия
Полный текст DOI: 10.30898/1684-1719.2026.1.2 УДК 538.975 EDN ZMOHHK

Аннотация

В работе представлены результаты исследования внутренних механических напряжений и показателя преломления тонких пленок AIN, полученных методом магнетронного осаждения при рабочем давлении в вакуумной камере 0,1 Па и 0,2 Па. Показано, что показатель преломления полученных пленок возрастает при увеличении мощности магнетронного разряда от 400 Вт до 1000 Вт при фиксированных давлениях 0,1 Па и 0,2 Па. Полученные значения механических напряжений в аналогичном интервале мощности разряда, говорят об уменьшении внутренних напряжений при увеличении рабочего давления с 0,1 Па до 0,2 Па, и находятся в диапазоне от 2,65 ГПа до 3,37 ГПа и от -0,27 ГПа до 1,84 ГПа.

  • внутренние напряжения
  • магнетронное распыление
  • нитрид алюминия
  • пьезоэлектрический резонатор
  • тонкие пленки
Abstract (in English)

Optical and mechanical characteristics of aluminum nitride films produced by magnetron sputtering for high-quality SMR resonators

The paper presents the results of a study of internal mechanical stresses and the refractive index of AIN thin films obtained by magnetron deposition at an operating pressure in a vacuum chamber of 0.1 Pa and 0.2 Pa. It is shown that the refractive index of the obtained films increases with an increase in the magnetron discharge power from 400 W to 1000 W at fixed pressures of 0.1 Pa and 0.2 Pa. The obtained values of mechanical stresses in a similar range of discharge power indicate a decrease in internal stresses with an increase in the operating pressure from 0.1 Pa to 0.2 Pa and are in the range from 2.65 GPa to 3.37 GPa and from -0.27 GPa to 1.84 GPa.

Для цитирования

Куклев А.Ю., Струнин В.И., Баранова Л.В., Давлеткильдеев Н.А., Чириков Н.А. Оптические и механические характеристики пленок нитрида алюминия, полученных методом магнетронного распыления для высокодобротных ОАВ-резонаторов // Журнал радиоэлектроники. – 2026. – № 1. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2026.1.2

Литература

  1. Закирова Р.М., Прошутин Н.А., Федотова И.В., Алалыкин А.С., Крылов П.Н. Получение и исследование пленок нитрида алюминия // ХИМИЧЕСКАЯ ФИЗИКА И МЕЗОСКОПИЯ. 2024. Том 26, № 3. С. 67-79. https://doi.org/10.62669/17270227.2024.3.34
  2. Schlögl M., Weißenbach J., Schneider M., Schmid U. Stress engineering of polycrystalline aluminum nitride thin films for strain sensing with resonant piezoelectric microbridges // Sensors & Actuators: A. Physical 349 (2023) 114067. https://doi.org/10.1016/j.sna.2022.114067
  3. Fiedler H., Jovic V., Mitchell D.R., Leveneur J., Anquillare E., Smith K.E., and Kennedy J. Tuning the electromechanical properties and polarization of aluminium nitride by ion beam-induced point defects // Acta Mater. 203, 116495 (2021). https://doi.org/10.1016/j.actamat.2020.116495
  4. Hickman A.L., Chaudhuri R., Bader S.J., Nomoto K., Li L., Hwang J.C.M., Xing H.G., Jena D. Next generation electronics on the ultrawide-bandgap aluminum nitride platform // Semicond. Sci. Technol. 2021, 36, 044001. https://doi.org/10.1088/1361-6641/abe5fd
  5. Улаева Т.Н., Чириков Н.А., Жилин Н.М., Давлеткильдеев Н.А., Казаков В.И., Шакин О.В. Влияние конструктивных параметров брэгговских отражателей на температурные зависимости резонансных характеристик микроэлектронных ОАВ-резонаторов с пьезоэлектрическим слоем из нитрида алюминия // T-Comm: Телекоммуникации и транспорт. 2024. Том 18. №11. С. 4-13.
  6. Marauska S., Hrkac V., Dankwort T., Jahns R., Quenzer H.J., Knöchel R., Kienle L., Wagner B. Sputtered thin film piezoelectric aluminum nitride as a functional MEMS material // Microsyst Technol (2012) 18:787-795 https://doi.org/10.1007/s00542-012-1493-1
  7. Дюжев Н.А., Дедкова А.А., Гусев Е.Э., Новак А.В. Методика измерения механических напряжений в тонких пленках на пластине с помощью оптического профилометра // Известия вузов. ЭЛЕКТРОНИКА. Том 21, № 4, 2016, с. 367-372.
  8. Давлеткильдеев Н.А., Мосур Е.Ю. Оценка фазового состава тонких пленок оксида олова на основе анализа спектров их оптических параметров // Техника радиосвязи. 2020. Вып. 1 (44). С. 104-109. https://doi.org/10.33286/2075-8693- 2020-44-104-109
  9. Hiroto Takeuchi, Makoto Ohtsuka, Hiroyuki Fukuyama. Effect of sputtering power on surface characteristics and crystal quality of AlN films deposited by pulsed DC reactive sputtering // Phys. Status Solidi B 252, No. 5, 1163-1171 (2015). https://doi.org/10.1002/pssb.201451599
  10. Девицкий О.В., Никулин Д.А., Сысоев И.А., Осипян В.Б. Морфология и оптические свойства пленок AlN на сапфире // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2019. Т. 19. № 6. С. 1049-1057. https://doi.org/10.17586/2226-1494-2019-19-6-1049-1057
  11. Marauska S. et al. Sputtered thin film piezoelectric aluminium nitride as a functional MEMS material and CMOS compatible process integration // Procedia Engineering 25 (2011) 1341 - 1344. https://doi.org/10.1016/j.proeng.2011.12.331
  12. Venkataraj S., Severin D., Drese R., Koerfer F., & Wuttig M. (2006). Structural, optical and mechanical properties of aluminium nitride films prepared by reactive DC magnetron sputtering // Thin Solid Films, 502(1-2), p. 235-239. https://doi.org/10.1016/j.tsf.2005.07.281
  13. Sandager M.K., Kjelde C., and Popok V. Growth of thin AlN films on Si wafers by reactive magnetron sputtering: Role of processing pressure, magnetron power and nitrogen/argon gas flow ratio // Crystals 12, 1379 (2022). https://doi.org/10.3390/cryst12101379
  14. Suharyadi H. The influence of substrate bias and sputtering pressure on the deposited aluminium nitride for magnetoelectric sensors // 2020 J. Phys.: Conf. Ser. 1517 012104. https://doi.org/10.1088/1742-6596/1517/1/012104
  15. Шугуров А.Р., Панин А.В. Механизмы возникновения напряжений в тонких пленках и покрытиях // ЖТФ, 2020, том 90, выпуск 12, 1971-1994.
  16. Pobedinskas P., Bolsée J.-C., Dexters W., Ruttens B., Mortet V., D'Haen J., Manca J.V., and Haenen K. Thickness dependent residual stress in sputtered AlN thin films // Thin Solid Films 522, 180-185 (2012). https://doi.org/10.1016/j.tsf.2012.08.015
  17. Deng Gang Zong, Chung Wo Ong, Manju Aravind, Mei Po Tsang, Chung Loong Choy, Deren Lu & Dejun Ma. Tensile strength of aluminium nitride films // Philosophical Magazine, 84:31, 3353-3373, https://doi.org/10.1080/14786430412331283604
  18. Marc-Alexandre Dubois; Paul Muralt. Stress and piezoelectric properties of aluminum nitride thin films deposited onto metal electrodes by pulsed direct current reactive sputtering // J. Appl. Phys. 89, 6389 (2001). https://doi.org/10.1063/1.1359162