反应磁控溅射法制备氮化铝钪薄膜

陈宇昕，刘玉菲，尚正国*

(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)

1 引 言

随着5G的普及以及物联网技术的发展，越来越多的MEMS器件被运用于工业生产和日常生活当中[1]。其中，声表面波和体声波器件由于具有尺寸小、工作频率高等优点，被广泛运用于能量收集[2]、无线传感和高频滤波领域[3]。压电材料是制备体声波、声表面波器件的基础，在常见的压电材料中，氮化铝(AlN)具有耐高温(1 200 ℃)、声速高(11 300 m/s)、导热性好、硬度高及化学性质稳定等优点[4]，是制作无源无线耐高温传感器、5G高频滤波器的理想材料[5]。

然而，氮化铝的压电系数较低(约为5.5 pC/N)，导致基于氮化铝的MEMS器件往往机电耦合系数较低，直接限制了以氮化铝为压电衬底的滤波器的带宽和传感器的性能。2009年，akiyama等人利用溅射法制备了掺钪的氮化铝薄膜(简称氮化铝钪)，并发现在43%的掺钪浓度下，所制得的氮化铝钪薄膜的压电系数达到了24.6 pC/N，并且依然具有声速高和耐高温的特性，是替代氮化铝的理想材料[6]。

与纯氮化铝相比，钪元素的存在使得氮化铝钪薄膜的制备条件更为严苛。磁控溅射法常被用来制备铝、镍、金等金属薄膜，由于与CMOS兼容[1]，反应气体可控，溅射粒子能量可控，该方法越来越多地用于制备功能薄膜如掺氮类金刚石薄膜、氮化铝钪压电薄膜等。除了调整工艺参数外，衬底材料的选择也对氮化铝钪薄膜的生长有较大影响[7]。为了制备出生长质量优良的氮化铝钪……