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摘要
AlN具有优良的物理化学性质以及与标准CMOS晶硅技术的兼容性，显示出优于相应的ZnO和PZT等性能，使其成为最受关注的压电材料之一。AlN压电薄膜表现出合适的机电耦合系数、高纵波声速、大杨氏模量和高热导率等特点，以及随着制备工艺和材料微结构调控技术的快速发展，使其成为5G时代声波谐振器中的关键电子材料。其成膜质量直接决定器件的工作频率、Q值和可靠性。近些年来，在反应磁控溅射法制备AlN薄膜及其微结构调控方面取得重要进展，具有成膜质量好、沉积速率高以及成本低等优点，已成为这类薄膜的首选制备方法。由于影响其成膜质量的因素很多，以至于通过某一个工艺参数调控其成膜质量往往无法同时满足多个质量指标。研究表明，AlN薄膜定向生长受溅射功率、工作气压和N2/Ar流量比等多重因素影响，提高薄膜取向性相对复杂。降低薄膜应力一般通过简单地调节Ar气流量来实现，这是因为薄膜应力对Ar气流量变化极为敏感。而表面粗糙度和膜厚均匀性等主要受到溅射功率和工作气压影响。除了反应磁控溅射基本参数外，还普遍发现基底放置方向、基底材料、基底清洁度、退火温度和气氛等对薄膜的结晶及择优取向的影响也十分显著。本文围绕影响AlN压电薄膜在声波谐振器应用的主要物理指标：晶面择优取向、薄膜应力、表面粗糙度和沉积速率来展开说明，系统分析了反应磁控溅射法中的溅射功率、气体分压、基底温度等关键工艺参数对其影响的规律；最后，对AlN薄膜研究中亟待解决的问题以及未来发展方向进行了展望。
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单位结构化学国家重点实验室; 湖北工业大学; 中国科学院福建物质结构研究所
