Nagy teljesítményű piezoelektromos AlScN fejlesztése mikroelektromechanikus rendszerekhez: A ferroelektromos wurtzitszerkezet felé

Eredeti címe:

Development of High Performance Piezoelectric AlScN for Microelectromechanical Systems: Towards a Ferroelectric Wurtzite Structure

Könyv tartalma:

A piezoelektromos és ferroelektromos vékonyrétegek használata ígéretes megközelítés a mikroelektromechanikus rendszerek (MEMS) és általában a mikroelektronika funkcionalitásának jelentős növelésére. Mivel az eszköz teljesítménye így közvetlenül kapcsolódik a funkcionális film tulajdonságaihoz, az új és továbbfejlesztett piezoelektromos és ferroelektromos anyagok jelentős technológiai innovációt tesznek lehetővé.

Ez a disszertáció az AlN piezoelektromos tulajdonságainak fokozására összpontosított, szilárd oldatok ScN-nel való képzése révén, és tartalmazza az AlScN ferroelektromosságának első kísérleti megfigyelését, és így általában a ferroelektromosság első felfedezését egy III-V félvezető alapú anyagban. Az AlN-hez képest az AlScN-ben akár 450%-kal nagyobb piezoelektromos együtthatókat valósítottak meg, a d33f elérte a 17. 2 pm/V maximumot, az e31f pedig a 3.

2 C/m-et. Ebben az összefüggésben beszámoltak az AlScN-ben egy jelentős morfológiai instabilitás azonosításáról és későbbi helyreállításáról, amely a Sc-tartalom növekedésével egyre kifejezettebbé válik. Így 0,43% ScN-ig morfológiai inhomogenitásoktól mentes, közel ideális piezoelektromos tulajdonságokkal rendelkező filmeket lehetett lerakni.

A filmek belső feszültségének szabályozását az erősen húzó és erősen nyomó feszültségek közötti széles tartományban mutatták ki minden vizsgált Sc-tartalom esetében. A javított piezoelektromos együtthatók a feszültségszabályozás lehetőségével együtt lehetővé tették olyan felfüggesztett MEMS-szerkezetek gyártását, amelyek elektromechanikus csatolási együtthatója az AlN-hez képest több mint 320%-kal javult. Az AlScN-ben ferroelektromosságot 27%-os ScN-tartalomtól kezdve figyeltek meg.

Kialakulása ugyanahhoz a fokozatos evolúcióhoz kapcsolódott, amely a kezdeti wurtzit szerkezetből a réteges hexagonális szerkezetbe vezet, amely a Sc-tartalom növelésével a piezoelektromos együtthatók javulását is okozza. A ferroelektromos AlScN lehetővé tette a wurtzit szerkezet spontán polarizációjának első kísérleti megfigyelését és c.