ISBN 978-3-8439-1569-4

978-3-8439-1569-4, Reihe Mikrosystemtechnik

Michael Schneider
Einfluss der Schichtdicke und der Substratvorbehandlung auf die elektromechanischen Eigenschaften von gesputterten Aluminiumnitriddünnfilmen

177 Seiten, Dissertation Technische Universität Wien (2014), Softcover, B5

Zusammenfassung / Abstract

-Aluminiumnitrid aus der Gruppe der III-V Nitride wird auf Grund seiner piezoelektrischen Eigenschaften, hohen thermischen und elektrischen Stabilität und seiner Kompatibilität mit CMOS-Prozessen häug in mikroelektromechanischen Bauelementen und Systemen eingesetzt. Im Zuge fortschreitender Bemühungen zur Miniaturisierung von MEMS- und NEMS-Bauelementen findet auch eine kontinuierliche Verringerung der Schichtdicke von aktiven und passiven AlN-Dünnfilmen statt.

Im Rahmen dieser Arbeit werden die elektro-mechanischen Eigenschaften von Aluminiumnitrid Dünnfilmen in Abhängigkeit der Schichtdicke in einem Bereich von 400 bis 40 nm untersucht. Dabei zeigt sich, dass die Leckstromdichte in dünnen Filmen geringer ist, was durch eine geringere Dichte an Störstellen im Dünnfilm erklärt werden kann. Die Durchbruchfeldstärke korreliert mit der Leckstromdichte und nimmt bei dünnen Filmen deutlich zu. Ein neuartiger Ansatz zur Auswertung von Bulge-Test-Messungen wird validiert und angewendet um zu demonstrieren, dass das E-Modul von AlN-Dünnlmen weitestgehend schichtdickenunabhängig ist.

Um die piezoelektrischen Eigenschaften von ultradünnen Schichten zu optimieren, wird eine Substratvorbehandlung eingesetzt. Dieser Prozessschritt erlaubt eine Realisierung von hohen Piezokonstanten hinab zu Schichtdicken von 70 nm und resultiert ebenfalls in einer deutlichen Verringerung der Leckstromdichten in den entsprechenden Schichten.

Abschließend wird der Einfluss unterschiedlicher Grade der c-Achsenorientierung der aktiven AlN-Schicht auf das mechanische Verhalten eines einfachen resonanten Systems untersucht. Ein wesentlicher Einfluss kann dabei lediglich in der Langzeitstabilität der Bauelemente gefunden werden.