1 北京工业大学信息学部 光电子技术教育部重点实验室，北京 100124
2 长春理工大学 高功率半导体激光国家重点实验室，吉林 长春 130022
3 中国科学院 苏州纳米技术与纳米仿生研究所，江苏 苏州 215123
采用脉冲直流磁控溅射法在Si（100）衬底上制备了AlN/Mo/Sc0.2Al0.8N复合结构薄膜，在该结构上通过金属有机化学气相沉积（MOCVD）技术进行GaN薄膜的外延。使用原子力显微镜、高分辨X射线衍射、粉末X射线衍射、扫描电子显微镜和拉曼光谱研究了Mo插入层的厚度对Sc0.2Al0.8N缓冲层和GaN外延层晶体质量的影响，研究了Sc0.2Al0.8N缓冲层对Mo上生长的GaN外延层的影响。研究结果表明，Mo插入层的厚度是影响Sc0.2Al0.8N缓冲层和GaN外延层的重要因素，Sc0.2Al0.8N缓冲层对Mo上GaN晶体质量的提高具有重要意义。随Mo厚度的增加，Sc0.2Al0.8N缓冲层的表面粗糙度先减小后增大，GaN外延层的（002）面X射线衍射摇摆曲线半峰全宽先减小后增大。当Mo插入层厚度为400 nm时，GaN外延层的晶体质量最好，GaN（002）面的X射线衍射摇摆曲线半峰全宽为0.51°，由拉曼光谱计算得到的压应力483.09 MPa；直接在Mo上进行GaN的外延，GaN（002）面的X射线衍射摇摆曲线半峰全宽无法测得，说明在Mo上进行GaN的外延需要Sc0.2Al0.8N缓冲层。
GaN 金属有机化学气相沉积（MOCVD） ScAlN X射线衍射 GaN metal-organic chemical vapor deposition（MOCVD） ScAlN X-ray diffraction（XRD）
1 重庆大学 新型微纳器件与系统技术国防重点学科实验室，重庆 400060
2 中国电子科技集团公司第二十六研究所，重庆 400060
该文分别开发了两种基于AlN压电材料和原子数分数为10%的Sc掺杂AlN压电材料的薄膜叠层异质谐振器。通过有限元仿真和实验对比分析了器件的频率温度性能和Sc掺杂对谐振器声激励的影响。结果表明，Sc掺杂可能会影响压电薄膜叠层谐振器所激励声波的谐振频率、机电耦合系数和对应的频率温度系数(TCF)，且对所激励声波的正反谐振点的TCF影响不同。此研究在传感及滤波器件领域极具应用潜力。
谐振器 声波激励 氮化铝钪 温度稳定性 机电耦合系数 resonator acoustic excitation ScAlN temperature stability electromechanical coupling coefficient
1 北京工业大学 微电子学院 光电技术教育部重点实验室， 北京 100124
2 北京工业大学 微电子学院 光电技术教育部重点实验室， 北京 100124，
3 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 纳米加工平台， 江苏 苏州 215123
采用脉冲直流磁控溅射方法在Si(100)衬底上制备了ScAlN薄膜。以溅射的ScAlN作为缓冲层，在Si(100)衬底上用金属有机化学气相沉积(MOCVD)技术外延了GaN薄膜。使用高分辨X射线衍射、原子力显微镜和拉曼光谱研究了ScAlN缓冲层的厚度对ScAlN缓冲层和GaN外延层的影响。研究结果表明，ScAlN缓冲层的厚度是影响GaN薄膜晶体质量的重要因素。随着ScAlN厚度的增加，ScAlN的(002)面X射线衍射摇摆曲线半高宽持续减小，GaN的(002)面X射线衍射摇摆曲线半高宽先减小后增大。当ScAlN缓冲层厚度为500nm时，得到的GaN晶体质量最好，其中GaN(002)面的X射线衍射摇摆曲线半高宽为0.38°，由拉曼光谱计算得到的张应力为398.38MPa。
Si(100)衬底 氮化镓 磁控溅射 Si (100) substrate GaN ScAlN ScAlN magnetron sputtering
1 上海大学 材料科学与工程学院, 上海 200444
2 中国科学院 苏州纳米技术与纳米仿生研究所多功能材料与轻巧系统重点实验室, 江苏 苏州 215123
3 中国科学技术大学 纳米科学技术学院, 江苏 苏州 215123
4 上海师范大学 数理学院, 上海 200234
超声探测作为重要的感知技术, 其探测性能一直是学术界研究的热点。针对薄膜超声换能器谐振位移低, 导致输出声压较低, 从而影响探测性能的问题, 该文提出了一种高动态位移的薄膜ScAlN基超声换能器结构, 该结构直径为360 μm, 中心处膜层由4根悬梁支柱固支, 通过微机电系统(MEMS)微纳加工技术制作了换能器阵列。测试结果表明, 该器件谐振频率下, 中心处动态位移可达2.16 μm/V。此外, 该结构使膜层振动模态转变为输出声压更高的活塞型模态, 相关工作为空气介质中长距离超声测距传感器的研究奠定了基础。
ScAlN薄膜 动态位移 新型pMUT结构 ScAlN film dynamic displacement novel pMUT structure
1 重庆大学 光电工程学院, 重庆 400044
2 重庆大学 光电技术及系统教育部重点实验室, 重庆 400044
为了制备出压电性能良好、c轴择优生长的氮化铝钪压电薄膜, 本文利用脉冲直流反应磁控溅射法制备了几组氮化铝钪薄膜, 通过控制变量, 并利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜和压电系数测试仪等测试设备, 研究了气体流量、功率、衬底温度、缓冲层结构以及掺钪对薄膜结晶质量及性能的影响, 优化了工艺参数。结果表明, 相比于钛铂缓冲层, 使用氮化铝/钛/铂缓冲层制备薄膜, 可以使摇摆曲线半高宽由2.62°降至2.38°。然后, 对钪掺杂机理进行了简单分析, 本文所制备氮化铝钪薄膜的纵向压电系数d33高达-10.5 pC/N, 是纯氮化铝压电系数的1.9倍, XRD图谱及SEM图像表明, 在该掺杂浓度下, 压电系数的提高主要是通过钪掺杂产生的晶格畸变引起, 而非改变了晶体结构。
压电薄膜 氮化铝钪 磁控溅射 工艺参数 pizeoelectric film ScAlN magnetron sputter process parameter
