AlScN掺钪氮化铝薄膜
宙讯微电子压电MEMS微纳加工中心拥有全套高浓度掺钪氮化铝薄膜沉积技术和设备，可制备不同浓度的高质量、应力可控的氮化铝和掺钪氮化铝薄膜。
AlScN技术文章
掺钪氮化铝（AlScN）薄膜技术是一种较为先进的材料技术。AlScN薄膜主要通过物理气相沉积（PVD）和化学气相沉积（CVD）方法制备。物理气相沉积包括磁控溅射等方式，在高真空环境中，利用离子束轰击铝、钪等靶材，使原子沉积在基底上形成薄膜；化学气相沉积则是通过气态的前驱体在高温和催化剂等条件下发生化学反应，生成AlScN并沉积成膜。
这种薄膜有很多优异的性能。它具有良好的压电特性，在微机电系统（MEMS）领域应用广泛，比如制作高性能的传感器和执行器。同时，AlScN薄膜还拥有较高的居里温度，这使得它在高温环境下仍能保持良好的性能，拓展了其应用范围。
市场规模增长
据黄页88网2024年5月报告，中国硅基AlScN薄膜模板市场呈现增长态势，2019至2030年期间，其收入和销量均有望持续上升，其中8英寸产品类型预计2030年份额将进一步提高。
应用领域拓展
• 通信领域：作为5G高频BAW滤波器的关键材料，随着5G乃至未来6G等通信技术的发展，对高性能通信器件的需求将不断增加，AlScN薄膜在该领域的应用会持续深化和拓展。
• 传感器领域：其优异的压电性能可满足物联网、智能设备等对高精度传感器的需求，未来在微机电系统传感器、生物医学传感器等方面的应用有望进一步扩大。
• 能源领域：利用压电效应实现机械能到电能转化的能量收集器件，以及高电子迁移率晶体管等能源相关器件的研发和应用，将推动AlScN薄膜在能源领域的发展。
• 存储领域：AlScN薄膜的铁电特性使其在新型非易失性存储器，如铁电随机存取存储器的制造中具有巨大潜力，随着存储技术的发展，其在存储领域的应用有望得到更多关注和突破。
技术研发推进
• 性能优化：研究人员将继续探索如何通过调整钪掺杂含量、薄膜厚度、制备工艺参数等因素，进一步提高AlScN薄膜的性能，如剩余极化强度、矫顽电场、介电常数等，以满足不同应用场景对材料性能的严格要求。
• 工艺改进：开发更加稳定、高效、精确的制备工艺，提高薄膜的质量和均匀性，降低缺陷密度和杂质含量，同时实现大规模、低成本的生产，对于推动AlScN薄膜的产业化应用至关重要。
• 集成技术：关注如何更好地将AlScN薄膜与其他材料和器件进行集成，如与半导体芯片、微纳结构等的集成，以实现多功能、高性能的微纳电子系统。
通信领域
• 5G及未来通信：AlScN薄膜是5G高频BAW滤波器依赖的核心材料，可满足5G通信对高性能宽带、多频段滤波器的需求，有助于实现通信设备的小型化、高性能化和低功耗化，未来在6G等更先进的通信技术中也有望发挥重要作用。
• 射频通信器件：其优异的压电性能和较高的居里温度，使其适用于制造各种射频通信器件，如射频滤波器、谐振器等，可提高信号处理能力和通信质量。
传感器领域
• 微机电系统传感器：可用于制作高性能的微机电系统传感器，如压力传感器、加速度传感器、陀螺仪等，能够实现更高的灵敏度和精度，满足物联网、智能设备等对高精度传感器的需求。
• 生物医学传感器：基于AlScN薄膜的压电特性，可开发用于生物医学领域的传感器，如用于监测人体生理信号的压电超声换能器阵列，可实现脉搏无创监测和血压测量等功能，未来在可穿戴人体健康监测设备、医疗影像设备等方面有很大的应用潜力。
能源领域
• 能量收集：AlScN薄膜的压电效应可将机械能转化为电能，可用于制造能量收集器件，如将环境中的振动能、声波能等转化为电能，为微纳电子设备、无线传感器网络等提供自供电能力，提高能源利用效率。
• 高电子迁移率晶体管：AlScN是第一种观察到铁电开关特性的纤锌矿III族氮化物，可用于制造高电子迁移率晶体管，提高电子器件的性能和效率，在高频、高功率电子器件等方面具有潜在应用价值。
存储领域
由于AlScN具有铁电特性，可用于制造新型的非易失性存储器，如铁电随机存取存储器，具有读写速度快、功耗低、存储密度高等优点，有望在未来的半导体存储领域中得到广泛应用。
钪掺杂含量
Sc的掺杂含量会影响AlScN薄膜的多项性能。如随着Sc掺杂量的增加，(0002)衍射峰的摇摆曲线半高宽会发生变化，c/a比值、剩余极化强度、矫顽电场以及介电常数等性能也会改变。
薄膜厚度
膜厚对AlScN薄膜性能有显著影响。一般来说，随着膜厚的降低，剩余极化强度会降低，而矫顽电场则会增大。
温度
温度也是影响AlScN薄膜性能的重要因素之一。温度变化会导致AlScN薄膜的c/a比值、介电常数、剩余极化强度以及矫顽电场等性能发生改变。其铁电性在较高温度下仍能保持稳定，但过高或过低的温度都可能对其性能产生不利影响。
制备工艺
不同的制备工艺，如物理气相沉积中的磁控溅射、化学气相沉积等，会使AlScN薄膜的结晶质量、晶粒尺寸等微观结构有所不同，进而影响其性能。例如，制备过程中的沉积速率、基底温度、反应气体流量等工艺参数，都需要精准控制，否则易导致薄膜中出现缺陷或杂质，影响性能。
应力
应力会影响AlScN薄膜的结构和性能。在制备和使用过程中，由于薄膜与基底的热膨胀系数不匹配等原因，会产生应力，从而导致薄膜的晶格常数发生变化，进而影响其电学、压电等性能 。
杂质与空位
杂质和空位的存在会影响AlScN薄膜的性能。杂质原子的引入可能会改变薄膜的化学键合和电子结构，进而影响其电学、光学等性能；空位的存在则可能会影响薄膜的晶体结构完整性和电荷传输特性，从而对其性能产生不利影响。
