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可轉移單晶AlN納米膜的合成與性能研究
單晶無機半導體納米膜（NMs）在過去十年中引起了極大的關注，這為復雜的器件集成帶來了巨大的優勢。研究人員已經用各種半導體納米膜證明了在異質電子和柔性電子中的應用。單晶氮化鋁(AlN)作為一種超寬帶隙半導體，在高功率電子等應用中具有巨大潛力，但其納米膜形式尚未得到證實。該工作展示了高質量單晶AlN納米膜的創建、轉印和特性。這項工作成功地將Al納米膜轉移到各種異質基板上。納米膜的結晶質量已通過轉印前后的廣泛技術進行了表征，并且未觀察到晶體質量下降。在比較原始生長的AlN外延和轉移的Al納米膜時，觀察到拉伸應力的部分松弛。此外，轉移的AlN納米膜在納米尺度上表現出壓電性，這已通過壓電顯微鏡得到證實。這項工作還評論了該方法的優點和挑戰。潛在地，這種新方法為基于AlN的異質集成和未來新型電子學和光電子學的發展開辟了一條可行的道路。
(資料圖片)
圖：a)光學顯微鏡圖像，b、c)掃描電子顯微鏡圖像的單晶氮化鋁(AlN)納米膜(NM)轉移到硅(Si)(100)襯底上，該襯底具有一系列圖案六邊形柱。d) AlN (0001)/Al (111)/Si(111)外延硅片(上)和AlN(10001)納米轉移到平面襯底(下)的示意圖。e)在藍寶石(0001)襯底上生長的AlN epi和轉移的AlN NM的x射線衍射(XRD) 2theta-omega掃描，f)拉曼光譜。h,i)單晶AlN NM的原子力顯微鏡圖像
圖：轉移的AlN納米膜的微觀結構分析
相關研究成果以“Synthesis and Characteristics of Transferrable Single-Crystalline AlN Nanomembranes”發表于Advanced Electronic Materials上。
論文鏈接：
https://doi.org/10.1002/aelm.202201309
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BAW器件共摻雜AlN薄膜機電耦合系數
與摻雜濃度的關系
Yokoyama等人制備了壓電共摻雜(Mg,Hf)xAl1-xN薄膜，其中摻雜濃度x在0 ~ 0.13范圍內。在Si(100)襯底上用雙磁控管在兩個環形靶之間施加交流電源，制備了(Mg,Hf)xAl1-xN薄膜。靶材成分為純Al和Al- mg - hf金屬。通過調節兩個環形靶之間的直流偏置功率來控制薄膜的組成。利用x射線衍射(XRD)和壓電計對薄膜的晶體結構和壓電系數d33進行了研究。XRD測試表明，濃度x的增加不影響AlN的c軸取向，導致晶格常數比c/a的降低。(Mg,Hf)xAl1-xN薄膜的d33隨濃度x的增加而增加。(Mg,Hf)xAl1-xN的d33和我們之前報道的(Mg,Zr)xAl1-xN對于c/a的變化具有相同的線性關系。此外，利用這些薄膜制備了薄膜體聲諧振器(FBARs)，并將其表征為濃度x的函數。制備的FBARs的機電耦合系數k2與濃度x成比例地增加。這些改善的k2是壓電常數e33增加和彈性常數C33降低的直接結果。(Mg,Hf)xAl1-xN的這些行為與ScxAl1-xN的行為一致，表明Mg-Hf共摻雜和Sc摻雜對AlN的壓電性能和k2的改善效果相同。
圖：(Mg,Hf)xAl1-xN薄膜的XRD譜圖
圖：(Mg,Hf)xAl1-xN薄膜晶格常數比c/a與摻雜劑濃度x的關系
相關研究成果以“Dopant concentration dependence of electromechanical coupling coefficients of co-doped AlN thin films for BAW devices”發表于2016 IEEE International Ultrasonics Symposium (IUS) 上。
論文鏈接：
https://doi.org/10.1109/ULTSYM.2016.7728552
來源：集成電路材料研究
中國科學院上海微系統與信息技術研究所
周琮泉、趙佳
