一种氮化铝薄膜及其制备方法和应用

本发明涉及压电薄膜领域，具体涉及一种氮化铝薄膜的制备方法。

背景技术：

1、随着5g移动通信系统产业的快速发展，无线通讯设备越来越向小型化、轻型化，同时无线通讯设备所承载的功能也越来越多。随着无线通讯设备的通信系统的工作频率不断提高，无线通讯设备对系统的集成度的要求也越来越高。而随着传输速率的加快、频率的提高以及带宽的增大以及系统越来越小型，无线通讯设备需要新型材料制备的新型器件来满足其发展需求。

2、薄膜谐振器的工作频率可以轻松达到超高频带的频率，特别是ghz频段薄膜谐振器具有明显的优势。薄膜谐振器能够满足通信高频化发展的趋势，并且其在传感等方面具有较为广泛的应用。

3、由于氮化铝薄膜具有独特的综合性能：高表面声波速度、高纵向声速、高温稳定性、压电性，与标准cmos硅技术兼容，所以氮化铝薄膜能够广泛应用于压电mems器件，特别是高温压电传感器、薄膜体声波谐振器、声表面波器件(saw)。氮化铝作为体声波谐振器的压电薄膜材料具有非常好的发展前景。然而，一方面，与zno和pzt相比，氮化铝薄膜压电系数较低(d33～5.5pc/n)，限制了氮化铝薄膜的广泛应用，因此，提高氮化铝的压电响应以满足需求具有重要意义。另一方面，高c轴取向的aln薄膜大多都是在高温下制备的，而且工艺复杂，因此，制备高c轴取向的aln薄膜急需解决的问题是降低薄膜制备成本、简化工艺流程、降低生长温度。

技术实现思路

1、本发明的第一个目的在于提供一种高压电响应的氮化铝薄膜。

2、本发明的第二个目的在于提供一种高压电响应的氮化铝薄膜的制备方法

3、本发明的第三个目的在于提供一种所述高压电响应的氮化铝薄膜的应用。

4、本发明采用的技术方案如下：

5、一种氮化铝薄膜，所述氮化铝薄膜包括多晶氮化铝；所述多晶氮化铝掺杂有6.5-7.5at.％的钽；所述多晶氮化铝的晶面取向为(002)；所述多晶氮化铝的晶胞参数中的c值为0.512nm。

6、所述氮化铝薄膜压电系数为15.8-16.1pm/v。

7、所述氮化铝薄膜的制备方法包括在常温下采用alta合金靶进行磁控溅射的步骤；

8、所述alta合金靶中al原子与ta原子的原子百分比为92.5-93.5：6.5-7.5。

9、一种所述的氮化铝薄膜的制备方法，包括在常温下采用alta合金靶于惰性气体与氮气的混合气氛下向基板进行磁控溅射，从而得到所述氮化铝薄膜的步骤。

10、所述惰性气体包括氩气；

11、所述惰性气体的纯度大于99.999％；

12、所述氮气的纯度大于99.999％；

13、所述惰性气体的流量为15-18sccm；

14、所述氮气的流量为15-18sccm。

15、所述基板包括p型硅片；

16、所述p型硅片的晶面取向为(111)。

17、所述磁控溅射采用的直流功率为190-210w；

18、所述磁控溅射的压力为4-5×10-4pa；

19、所述基板的转速为12-15rpm；

20、所述alta合金靶的纯度大于99.9％。

21、还包括采用惰性气体离子轰击alta合金靶至少10分钟的步骤。

22、还包括采用氢氟酸清洗所述基板的步骤。

23、一种所述的氮化铝薄膜的应用，应用于制备薄膜体声波谐振器。

24、相对于现有技术，本发明有益效果如下：

25、本发明提供的aln薄膜中均匀的掺杂有6.5-7.5at.％的ta。ta的掺杂，能够使aln薄膜择优c轴取向(002)，还能降低aln薄膜的表面粗糙度，提高aln薄膜的颗粒均匀，还能提高aln的压电系数至15.8-16.1pm/v。

26、本发明提供的氮化铝薄膜的制备方法采用合金靶进行溅射可以较为精准的控制掺杂钽的含量，而且可以采用一个靶完成掺杂过程，大大简便了操作控制的工艺流程以及参数，更加方便沉积aln(002)取向的薄膜，采用此方法能够在室温下进行沉积，大大降低了沉积的温度，有利于确保沉积aln薄膜与cmos制造技术的兼容性，扩展了aln的应用范围，也有利于降低加工成本。

技术特征：

1.一种氮化铝薄膜，其特征在于：

2.如权利要求1所述的氮化铝薄膜，其特征在于：

3.如权利要求1所述的氮化铝薄膜，其特征在于：

4.如权利要求1所述的氮化铝薄膜的制备方法，其特征在于：

5.如权利要求4所述的氮化铝薄膜的制备方法，其特征在于：

6.如权利要求4所述的氮化铝薄膜的制备方法，其特征在于：

7.如权利要求4所述的氮化铝薄膜的制备方法，其特征在于：

8.如权利要求4所述的氮化铝薄膜的制备方法，其特征在于：

9.如权利要求4所述的氮化铝薄膜的制备方法，其特征在于：

10.如权利要求1所述的氮化铝薄膜的应用，其特征在于：

技术总结
本发明提供了一种氮化铝薄膜，所述氮化铝薄膜包括多晶氮化铝；所述多晶氮化铝掺杂有6.5‑7.5at.％的钽；所述多晶氮化铝的晶面取向为(002)；所述多晶氮化铝的晶胞参数中的c值为0.512nm。本发明还提供了一种所述的氮化铝薄膜的制备方法，具体包括在常温下采用AlTa合金靶于惰性气体与氮气的混合气氛下向基板进行磁控溅射，从而得到所述氮化铝薄膜。本发明还提供了一种所述氮化铝薄膜在薄膜体声波谐振器领域的应用。

技术研发人员：杨斌,杨雪倩,陈功田
受保护的技术使用者：湖南大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12