本帖最后由 xiaok2 于 2023-6-25 10:38 编辑
AlN一直被认为是非常理想的体声波器件材料，具有高纵波声速、高热导率、高弹性模量和相对较低的TCF，使其具有很高的吸引力。目前，已经有一些公司（市场占有率比较高的是E公司和S公司）提供可商购的AlN生长设备，使其成为高频体声波器件应用的首选材料。 AlN是非常稳定的化合物，具有很强的共价键和离子键，结合能约为11.5 eV。AlN同时也是一种半导体，其能带的带隙约为6.2 eV，晶格是六角对称性的纤锌矿结构。AlN的熔点高达2470 K，晶格常数a=3.11Å，c=4.98 Å。AlN晶体结构如图1.7所示， Al离子（蓝球）和N离子（粉球）都是四面体配位。AlN晶体（0001）取向薄膜的上下两个表面结构上是不同的。科学界为（0001）面的两种不同极性引入了N极性和Al极性的概念。其定义如下：当晶体表面沿c方向从块状体接近时，如果平行于c轴的键从N原子到Al原子，则晶体表面为N极性；反之，就是Al极性。在薄膜中，在（0001）取向薄膜的情况下，上表面给出了薄膜极性的名称。 AlN的极性与衬底材料有关，在硅材料生长的AlN，因为Si-N键比Si-Al键强，首先形成的是N四面体的三角形，容易得到Al极性。在硅衬底上生长一层薄的氧化物，AlN的极性就容易出现翻转，得到N极性[6]。在AlN中掺入范围为1 at.％-15 at.％的Si，也可将AlN薄膜的极性从Al极性转换为N极性。BAWR应用中，AlN薄膜的极性取向并不重要，只要在薄膜中任何位置的极性取向都是相同的就行。
AlN在压电器件中具有重大的应用前景，但是压电系数低这一问题始终制约着器件的性能。自Akiyama, M.团队给出AlScN的优异压电性能以来，通过Sc掺杂AlN实现大规模制造引起了业界的重视。非掺杂AlN压电系数d33在4 pC/N~ 8 pC/N，随着Sc的比例增加，d33逐渐增大。为了简化文字，下述的Sc组分均表示原子比。当Sc浓度在43%左右时，最大d33为25 pC/N~ 32 pC/N，增大了接近5倍。Sc掺杂浓度x升高会造成Al1-xScxN的弹性模量下降，声速下降，介电常数升高，但材料的机电耦合系数仍然是上升的。当Sc的比例在35%时，机电耦合系数可以达到15%左右，对于大带宽的滤波器制备具有重要意义。
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