AlSc材料在5G濾波器中的應用
作者： 本(ben)站 來源： 本站 時間(jian)：2022年03月(yue)18日
摻雜Sc的AlN薄膜因其壓(ya)電性能的顯(xian)著(zhu)提升而備受關注
5G通信中的(de)(de)帶(dai)寬(kuan)都在GHz范(fan)圍，明(ming)顯高(gao)(gao)于(yu)目前的(de)(de)蜂窩服(fu)務。這些更高(gao)(gao)的(de)(de)頻(pin)率(lv)使得使用體(ti)聲波(bo)(bo)(BAW)技術來開發新一代射(she)頻(pin)濾(lv)波(bo)(bo)器(qi)成為必然(ran)。BAW濾(lv)波(bo)(bo)器(qi)是一種基于(yu)壓(ya)電的(de)(de)聲學諧(xie)振(zhen)器(qi)，其(qi)頻(pin)率(lv)和(he)帶(dai)寬(kuan)由壓(ya)電元件(jian)的(de)(de)幾何(he)(he)形狀、壓(ya)電材料的(de)(de)特性、薄膜厚度(du)以(yi)及(ji)相關電極的(de)(de)幾何(he)(he)形狀和(he)特性決定。與傳統的(de)(de)聲表面波(bo)(bo)諧(xie)振(zhen)器(qi)相比，薄膜體(ti)聲波(bo)(bo)諧(xie)振(zhen)器(qi)具有(you)更高(gao)(gao)的(de)(de)諧(xie)振(zhen)頻(pin)率(lv)和(he)品質因子(zi)。
目前，薄膜體聲波諧振器(qi)常用(yong)的(de)壓電材料有ZnO、PZT、AlN。其中(zhong)，AlN與CMOS工藝的(de)兼容性(xing)最好，而且AlN沒有工業(ye)界(jie)FAB廠(chang)擔(dan)心的(de)Zn、Pb、Zr元素(su)與其他(ta)元素(su)結合的(de)污染(ran)。近(jin)十年來(lai)，AlN壓電薄膜及其器(qi)件的(de)制備技術不斷提(ti)高，成熟產品已(yi)應用(yong)于通信領域(yu)。然而，摻雜(za)Sc的(de)AlN薄膜因(yin)其壓電性(xing)能的(de)顯著提(ti)升(sheng)而備受關注。
研究表(biao)明，摻雜(za)35 at% Sc的(de)(de)AlN可以使壓電性能(neng)Keff2提(ti)(ti)升(sheng)至15.5%，是純AlN的(de)(de)keff2(6%)的(de)(de)2.6倍，其(qi)最(zui)大(da)相對寬度也由3%提(ti)(ti)升(sheng)至7.7%。而后者對于已經分配的(de)(de)新的(de)(de)更(geng)寬的(de)(de)5G帶寬尤為(wei)重(zhong)要，并能(neng)帶來更(geng)多通信頻(pin)段的(de)(de)益(yi)處。
但是，當Sc摻(chan)入量超過(guo)43 at%時，AlScN的(de)晶格會由類(lei)(lei)似AlN的(de)六方(fang)纖鋅結構開始轉變為(wei)類(lei)(lei)似ScN的(de)立方(fang)巖鹽結構的(de)晶相，而(er)漸(jian)漸(jian)失去其(qi)壓電性(xing)能(neng)。因(yin)此，Sc含(han)量接近43%的(de)AlScN表現出(chu)(chu)最大的(de)壓電響應(ying)。在含(han)氮氣氛中，AlSc合金(jin)(jin)靶材能(neng)反應(ying)濺射制備出(chu)(chu)AlScN薄膜。由于Sc在鋁中的(de)溶解(jie)度極(ji)低，且合金(jin)(jin)體系(xi)中存在大量脆性(xing)金(jin)(jin)屬間(jian)合金(jin)(jin)，因(yin)此制備AlSc合金(jin)(jin)濺射靶極(ji)具挑戰性(xing)。金(jin)(jin)屬間(jian)合金(jin)(jin)使得該體系(xi)在采用(yong)傳統工藝制造時容(rong)易(yi)出(chu)(chu)現裂(lie)紋。
盡(jin)管如此，Materion公司通(tong)過近8年(nian)的(de)(de)研(yan)究和開發(fa)，成(cheng)功地研(yan)發(fa)出了(le)高Sc含量的(de)(de)AlSc合金產(chan)品。Materion公司的(de)(de)AlSc靶材已經實現商業化(hua)，到2020年(nian)底將能供應(ying)Sc含量30at%的(de)(de)AlSc靶材。
制備AlScN薄膜的(de)方法及(ji)探索方向
目(mu)前制(zhi)備AlScN薄膜的方法(fa)主要有兩種:
一．A l靶和Sc靶共同(tong)濺射
通(tong)過調節各個(ge)靶的(de)濺射(she)功率，制(zhi)備不同化學配(pei)比(bi)的(de)AlScN薄膜(mo)(mo)。在沉積(ji)過程(cheng)中通(tong)入N2，使(shi)濺射(she)出的(de)Al和(he)Sc原子與N原子反應(ying)，再在基底(di)上沉積(ji)出AlScN薄膜(mo)(mo)。然而(er)，與兩個(ge)靶之(zhi)間的(de)空間距(ju)離會引成薄膜(mo)(mo)中成分(fen)和(he)相(xiang)分(fen)布的(de)變化，因而(er)這種方法常用(yong)于實驗室開創(chuang)性(xing)研(yan)究。誠然，其(qi)薄膜(mo)(mo)的(de)化學比(bi)和(he)相(xiang)組成會有較大(da)的(de)波動(dong)，其(qi)均勻性(xing)不易控制(zhi)。
通過濺射(she)合金靶材，濺射(she)出靶表面的(de)化學成(cheng)(cheng)分(fen)和(he)相組成(cheng)(cheng)均(jun)勻一(yi)致(zhi)，與N反應沉積的(de)AlScN薄(bo)膜也具(ju)有均(jun)勻一(yi)致(zhi)的(de)化學比和(he)相組成(cheng)(cheng)。這確保了大規(gui)(gui)模生產(chan)中的(de)工藝穩定性，典型適用于工業大規(gui)(gui)模量產(chan)。
對于濺射(she)制備的AlScN薄膜(mo)(mo)，尤(you)其是(shi)具(ju)有高壓電性(xing)能的高Sc含(han)量的AlScN薄膜(mo)(mo)，還有以下幾個方面(mian)需要探索和優化。1. AlScN薄膜大晶粒生長的非c軸取向對壓電性能(neng)有(you)不利影(ying)響，應避免。2. AlScN薄膜中殘余應(ying)力的(de)優(you)化。
許多研究正在進行中，以促(cu)進高(gao)Sc含量的AlScN壓(ya)電(dian)(dian)薄膜在商業器(qi)(qi)件(jian)上的應用。期望(wang)這種AlScN壓(ya)電(dian)(dian)薄膜技術(shu)的發展(zhan)，將促(cu)成超(chao)出BAW器(qi)(qi)件(jian)范圍(wei)涵(han)蓋從壓(ya)電(dian)(dian)麥(mai)克風到(dao)下一(yi)代汽(qi)車傳感(gan)器(qi)(qi)等新器(qi)(qi)件(jian)的發展(zhan)。
Materion是一家(jia)擁有(you)(you)100多年高品質(zhi)定制產品和(he)(he)服務(wu)經(jing)驗的(de)全球制造(zao)公司。它擁有(you)(you)33個制造(zao)和(he)(he)銷售網點，服務(wu)于(yu)50多個國家(jia)。公司致(zhi)力于(yu)為新興(xing)技術市(shi)場(chang)提(ti)供服務(wu)，如半導體、LED、無線通信、顯示器、光學、存儲、清潔(jie)能(neng)源、工業和(he)(he)醫藥。
Materion 公(gong)司應用材(cai)料事業部在美國(guo)、德國(guo)和新(xin)加坡擁有(you)7個(ge)濺射(she)靶材(cai)制(zhi)造廠(chang)。Materion公(gong)司創造了(le)一(yi)種獨特的技(ji)術來制(zhi)造高(gao)純(chun)度、高(gao)Sc的AlSc合金靶材(cai)，并且(qie)可以將O含量控制(zhi)在一(yi)個(ge)非(fei)常低(di)的范圍內。由Materion制(zhi)備的AlSc靶的元素(su)和相(xiang)組成的分布均勻(yun)性從靶材(cai)中心到邊(bian)緣，以及橫貫靶厚度各(ge)區(qu)域都(dou)得到了(le)很(hen)好的控制(zhi)。此(ci)外(wai)，Materion與業內各(ge)大OEM廠(chang)商都(dou)有(you)著廣泛深入的合作(zuo)。
內容來源：言智 博士
版(ban)權(quan)說明：版(ban)權(quan)歸原作者所有，如(ru)有侵權(quan)請聯系刪除
聯系人微信