Preview

Российский технологический журнал

Расширенный поиск

Особенности получения пьезоэлектрических тонких пленок методом плазменного напыления из порошкообразного AlN

https://doi.org/10.32362/2500-316X-2020-8-1-67-79

Полный текст:

Аннотация

Одним из перспективных материалов в твердотельной электронике является соединение нитрид алюминия (AlN). Из него производят широкую номенклатуру полупроводниковых приборов: фотоприемники, светодиоды, пьезоэлектрические преобразователи и т. п. Широкому применению изделий на основе AlN препятствует невысокая технологичность изготовления структур на его основе. В связи с этим, разработка новых технологий для производства приборов на основе AlN является актуальной.
Работа посвящена исследованию тонких пленок AlN, изготовленных с помощью плазменного напыления из порошка AlN. Проведен обзор существующих технологий получения тонких пленок AlN. Обсуждены их достоинства и недостатки. Приведены сведения о модернизации установки ВУП-5, позволившей произвести напыление пленки AlN из порошкообразного состояния.
Одним из существенных преимуществ разработанного в этой работе процесса является то, что подложка нагревалась до температур не выше 300 oС, что позволяет, в свою очередь, совместить эту технологию с технологией кремниевых полупроводниковых приборов. В результате получены пленки толщиной 200 нм на различных подложках и исследована структура поверхности. Показано, что наименьшей шероховатостью обладают пленки AlN, напыленные на монокристаллические подложки – алмаз и кремний, а наихудшей шероховатостью обладают пленки, напыленные на ситалле.
Методами ИК-спектроскопии были исследованы спектры пропускания полученных пленок AlN. С их помощью было показано, что на подложке образуется поликристаллический слой AlN, ориентированный в кристаллографическом направлении 002.
С использованием методов сканирующей зондовой микроскопии были исследованы пьезоэлектрические свойства изготовленных пленок. Показано, что их пьезоэлектрический коэффициент d33 составляет для алмазной подложки 60% от значения для однодоменного монокристаллического образца, что говорит о достаточно высоком качестве полученной пленки.
Сделан вывод, что, хотя качество слоев сильно зависит от подложки, но, тем не менее, они проявляют значительный пьезоэффект, что позволяет использовать этот метод для изготовления пьезодатчиков, излучателей ультразвука и т.п.

Об авторах

В. С. Фещенко
ООО «Производственно-технологический центр «УралАлмазИнвест»
Россия

Фещенко Валерий Сергеевич - доктор технических наук, доцент, начальник научно-производственной лаборатории № 1

121108, Москва, ул. Ивана Франко, д. 4



К. Н. Зяблюк
ООО «Производственно-технологический центр «УралАлмазИнвест»
Россия

Зяблюк Константин Николаевич - кандидат физико-математических наук, начальник научно-производственной лаборатории № 4

121108, Москва, ул. Ивана Франко, д. 4



Э. А. Сенокосов
Приднестровский государственный университет им Т.Г. Шевченко
Молдова

Сенокосов Эдуард Александрович - доктор физико-математических наук, профессор заведующий кафедрой твердотельной электроники и микроэлектроники

MD - 3300, Приднестровская Молдавская республика, Тирасполь, ул. 25 Октября, д. 128



В. И. Чукита
Приднестровский государственный университет им Т.Г. Шевченко
Молдова

Чукита Виталий Исакович - старший преподаватель кафедры твердотельной электроники и микроэлектроники

MD - 3300, Приднестровская Молдавская республика, Тирасполь, ул. 25 Октября, д. 128



Д. А. Киселев
Фрязинский филиал Федерального государственного бюджетного учреждения науки Института радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова Российской академии наук; Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС»
Россия

Киселев Дмитрий Александрович - кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник кафедры материаловедения полупроводников и диэлектриков, ФГАОУ ВО «Национальный исследовательский технологический университет МИСиС»

119049, Москва, Ленинский пр-т, д. 4



Список литературы

1. Inoue Sh.-I., Tamari N., Taniguch M. 150 mW deep-ultraviolet light-emitting diodes with large-area AlN nanophotonic light-extraction structure emitting at 265 nm. Appl. Phys. Lett. 2017;110(14):141106. https://doi.org/10.1063/1.4978855

2. Boltar K.O., Burlakov I.D., Ponomarenko V.P., Filachev A.M., Salo V.V. Solid-state photoelectronics of the ultraviolet range (review). Journal of Communications Technology and Electronics. 2016;61(10):1175-1185. https://doi.org/10.1134/S1064226916100041

3. Priya Sh., Song H.-Ch., Zhou Y., Varghese R., Chopra A., Kim S.-G., Kanno I., Wu L., Ha D.S., Ryu J., Polcawich R.G. A Review on Piezoelectric Energy Harvesting: Materials, Methods, and Circuits. Energy Harvesting and Systems. 2017;4(1):3-39. https://doi.org/10.1515/ehs-2016-0028

4. Piprek J. (Ed.). Nitride Semiconductor Devices: Principles and Simulation. Hoboken: John Wiley & Sons, Inc.; 2007. 519 p. ISBN: 978-3-527-61072-3

5. Tsubouchi K., Mikoshiba N. Zero-Temperature-Coefficient SAW Devices on A1N Epitaxial Films. IEEE Trans. Sonics and Ultrasonics. 1985;32(5):634-644. https://doi.org/10.1109/T-SU.1985.31647

6. Rowland L.B., Kern R.S., Tanaka S., Davis R.F. Epitaxial growth of AIN by plasma-assisted, gas-source molecular beam epitaxial. J. Mater. Research. 1993;8(9):2310-2314. https://doi.org/10.1557/JMR.1993.2310

7. Clement M., Iborra E., Sangrador J., Sanz-Hervas A., Vergara L., Aguilar M. Influence of sputtering mechanisms on the preferred orientation of aluminum nitride thin films. J. Appl. Phys. 2003;94(3):1495-1500. https://doi.org/10.1063/1.1587267

8. Duquenne C., Tessier P.Y., Besland M.P., Angleraud B., Jouan P.Y., Aubry R., Delage S., Djouadi M.A. Impact of magnetron configuration on plasma and film properties of sputtered aluminum nitride thin films. J. Appl. Phys. 2008;104(6):063301-1-8. https://doi.org/10.1063/1.2978226

9. Yarar E., Hrkac V., Zamponi C., Piorra A., Kienle L., Quandt E. Low temperature aluminum nitride thin films for sensory applications. AIP Advances. 2016;6(7):075115-1–11. https://doi.org/10.1063/1.4959895

10. Dubois M.-A., Muralt P. Stress and piezoelectric properties of aluminum nitride thin films deposited onto metal electrodes by pulsed direct current reactive sputtering. J. Appl. Phys. 2001;89(11):6389-6395. https://doi.org/10.1063/1.1359162

11. Kamohara T., Akiyama M., Ueno N., Sakamoto M., Kano K., Teshigahara A., Kawahara N., Kuwano N. Influence of sputtering pressure on polarity distribution of aluminum nitride thin films. Appl. Phys. Lett. 2006;89:2435071–3. https://doi.org/10.1063/1.2405849

12. Akiyama M., Kamohara T., Ueno N., Sakamoto M., Kano K., Teshigahara A., Kawahara N. Polarity inversion in aluminum nitride thin films under high sputtering power. Appl. Phys. Lett. 2007;90(15):151910-1–3. https://doi.org/10.1063/1.2721865

13. Akiyama M., Kamohara T., Kano K., Teshigahara A., Kawahara N. Influence of oxygen concentration in sputtering gas on piezoelectric response of aluminum nitride thin films. Appl. Phys. Lett. 2008. V. 93(2). P. 021903-1–3. https://doi.org/10.1063/1.2957654

14. Harumoto T., Sannomiya T., Y Matsukawa., Muraishi S., Shi J., Nakamura Y., Sawada H., Tanaka T., Tanishiro Y., Takayanagi K. Controlled polarity of sputter-deposited aluminum nitride on metals observed by aberration corrected scanning transmission electron Microscopy. J. Appl. Phys. 2013;113(8):084306-1–7. https://doi.org/10.1063/1.4792942

15. Sanz-Hervaґs A., Iborra E., Clement M., Sangrador J., Aguilar M. Influence of crystal properties on the absorption IR spectra of polycrystalline AlN thin films. Diamond and Related Materials. 2003;12(3-7):1186-1189. https://doi.org/10.1016/S0925-9635(02)00228-5

16. Киселев Д.А., Жуков Р.Н., Ксенич С.В., Кубасов И.В., Темиров А.А., Тимушкин Н.Г., Быков А.С., Малинкович М.Д., Shvartsman V.V., Лупашку Д.Ц., Пархоменко Ю.Н. Влияние ориентации кремниевой подложки на локальные пьезоэлектрические характеристики пленок LiNbO3 . Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования. 2016;7:74-80. https://doi.org/10.7868/S020735281607009X


Дополнительные файлы

1. Рис. 1. Оборудование для нанесения слоев на основе вакуумного поста ВУП-5М.
Тема
Тип Исследовательские инструменты
Посмотреть (36KB)    
Метаданные

Для цитирования:


Фещенко В.С., Зяблюк К.Н., Сенокосов Э.А., Чукита В.И., Киселев Д.А. Особенности получения пьезоэлектрических тонких пленок методом плазменного напыления из порошкообразного AlN. Российский технологический журнал. 2020;8(1):67-79. https://doi.org/10.32362/2500-316X-2020-8-1-67-79

For citation:


Feshchenko V.S., Zyablyuk K.N., Senokosov E.A., Chukita V.I., Kiselev D.A. Features of the receiving of piezoelectric thin films by plasma spraying of powdery AlN. Russian Technological Journal. 2020;8(1):67-79. (In Russ.) https://doi.org/10.32362/2500-316X-2020-8-1-67-79

Просмотров: 372


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 2500-316X (Online)