[发明专利]一种基于种子层结构的高性能氮化铝钪的制备方法及其产品

说明书

本发明涉及一种基于种子层结构的高性能氮化铝钪的制备方法及其产品，属于微光机电系统技术领域。本发明采用物理气相沉积或化学气相沉积或脉冲激光沉积或分子束外延法依次在衬底层上生长种子层、氮化铝钪压电层，通过在引入的种子层上生长氮化铝钪压电层，能达到减小层间晶格失配、提高氮化铝钪晶体生长质量以及减小薄膜应力的目的；同时采用物理气相沉积、化学气相沉积、脉冲激光沉积或分子束外延的方法生长氮化铝钪压电层，通过调节生长工艺，能够进一步获得晶体生长质量优良、应力较低、具有高压电系数的高性能氮化铝钪。

技术领域

本发明属于微光机电系统技术领域，具体涉及一种基于种子层结构的高性能氮化铝钪的制备方法及其产品。

背景技术

掺钪的氮化铝(简称氮化铝钪，ScAlN)压电薄膜具有高声速、耐高温、性能稳定、压电系数高，与CMOS工艺兼容等特性，受到国内外广泛关注。以掺钪的氮化铝压电薄膜制备为核心技术的MEMS和NEMS器件已被广泛应用于5G滤波器、传感器、谐振器及能量收集器等领域。

以反应溅射法、金属有机物化学气相沉积法或分子束外延法为核心技术制备的氮化铝钪压电薄膜，由于钪元素的存在，与纯氮化铝晶体相比会产生晶格畸变，导致生长的薄膜c轴取向较差，甚至出现氮化铝和氮化钪相分离的现象，会大大减低薄膜的压电系数以及器件的工作性能。

因此，制备晶体生长质量优良、应力较低、压电系数高的高性能氮化铝钪薄膜十分必要。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的之一在于提供一种基于种子层结构的高性能氮化铝钪的制备方法；本发明的目的之二在于提供一种基于种子层结构的高性能氮化铝钪。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

1、一种基于种子层结构的高性能氮化铝钪的制备方法，所述方法包括如下步骤：

(1)衬底层清洗：采用化学清洗或等离子清洗的方法去除基片表面污渍，然后在基片上通过物理气相沉积法、化学气相沉积法、脉冲激光沉积法或分子束外延法依次制备粘附层和下电极；

(2)在所述衬底层上表面生长种子层：采用物理气相沉积法、化学气相沉积法、脉冲激光沉积法或分子束外延法在所述衬底层上的下电极表面生长得到种子层；

(3)在所述种子层表面生长氮化铝钪压电层：采用物理气相沉积法、化学气相沉积法、脉冲激光沉积法或分子束外延法在所述种子层表面生长形成氮化铝钪压电层。

优选的，所述粘附层的厚度为30～80nm。

优选的，所述下电极的厚度为50～200nm。

优选的，所述粘附层和下电极均通过物理气相沉积法、化学气相沉积法、脉冲激光沉积法或分子束外延法进行制备。

优选的，所述基片采用MEMS基片或柔性衬底。

优选的，所述MEMS基片为硅、氧化硅、氧化铝、碳化硅或金属中的任意一种；所述柔性衬底为PET、BCB、PI或PDMS。

优选的，所述粘附层采用的材料与所述基片之间的膜基结合力不小于5N；所述下电极采用的材料为金属材料，所示金属材料与ScAlN的晶格失配度不大于30％。

优选的，所述粘附层采用的材料为AlN、TiW、Ti或Cr中的任意一种。

优选的，所述金属材料为Mo、Pt、Ir、Al、Ti或Au中的任意一种。

优选的，步骤(2)中，所述种子层采用AlN、GaN、ScAlN、YN、Al₂O₃或ScGaN材料中的任意一种。

优选的，所述种子层的厚度为10～50nm。