沉积AlScN压电薄膜的新工艺：PEALD
2025-11-09 09:01:02 来源：麦姆斯咨询评论：0 点击：

美国密歇根大学通过等离子体增强原子层沉积（PEALD）技术可制备掺钪氮化铝（AlScN）压电薄膜，该成果拓展了AlScN压电薄膜在复杂3D器件方面的应用。

通过等离子体增强原子层沉积（PEALD）技术，掺钪氮化铝（AlScN）压电薄膜可被用于构建多种先进的压电器件。

据麦姆斯咨询报道，近期，美国密歇根大学（University of Michigan）的一项研究首次证实，通过等离子体增强原子层沉积（PEALD）技术可制备掺钪氮化铝（AlScN）压电薄膜，该成果拓展了AlScN压电薄膜在复杂3D器件方面的应用。相关研究成果以“Atomic layer deposition and characterization of scandium aluminum nitride”为题发表于Applied Physics Letters期刊上，该研究由美国陆军研究办公室（Army Research Office）资助。

传统的溅射法与外延法仅能在平面上沉积AlScN压电薄膜，这限制了其应用，因为大多数器件具有复杂的几何结构。这项新技术PEALD可在更低的工艺温度下，实现对AlScN压电薄膜厚度、钪含量及均匀性的精确控制。

该研究论文第一作者、电子与计算机工程专业博士生Md Mehedi Hasan Tanim表示：“PEALD方法使研究机构更易获取高性能的AlScN压电薄膜材料，并为将其集成到以前遥不可及的先进压电器件中铺平了道路。”

AlScN材料在受到机械应力时能够产生电能（即压电效应），相关研究已探索将其应用于可穿戴能量收集器，这类器件能将行走、肢体运动等产生的机械能转化为可用的电能。

此外，AlScN作为超宽带隙材料，能承受高压而不被击穿，可优化电动汽车（EV）电源转换器等大功率器件。5G或6G智能手机的射频滤波器、放大器等高频器件，也可借助AlScN优异的压电特性、声学性能及高电流承载能力，实现更优的信号质量、更高的数据传输速率。

研究人员采用PEALD技术生长AlScN压电薄膜

尽管全球学术界和产业界对AlScN压电薄膜材料关注度颇高，但此前尚未明确能否通过PEALD技术实现其生长与合成。等离子体增强原子层沉积（PEALD）工艺流程如下：首先将待沉积的气相前驱体引入含有目标衬底的反应腔中，部分材料会吸附于衬底表面，剩余部分由惰性气体清扫排出；随后，引入用于产生等离子体的气体，等离子体与前一层吸附的物质发生反应，从而完成该层的沉积固化。

在制备AlScN薄膜的过程中，研究人员采用超级循环生长法（supercycle growth approach），在225~250摄氏度温度范围内，精确调控氮化铝（AlN）与氮化钪（ScN）层的沉积时间与比例。

密歇根大学Pallab K. Bhattacharya讲席工程学教授、该研究论文的通讯作者Zetian Mi说：“原子层沉积AlScN就像在原子尺度上喷漆。每次沉积都会形成一层超薄的自限制涂层，重复该过程即可获得精度高、均匀性好的薄膜。”

AlScN薄膜可生长于氮化镓/蓝宝石衬底上，适用于多种先进的压电器件。电子显微镜检测证实，该新技术PEALD可实现0~25%范围内的钪成分精确调控，同时保持原子级光滑的薄膜表面。

利用PEALD技术在氮化镓/蓝宝石衬底上沉积AlScN薄膜