Der Mobilfunkstandard der 5. Generation (5G) ist in der heutigen Zeit sowohl für die Industrie wie auch die Verbraucher eine wichtige technologische Innovation. Um die Voraussetzungen der hohen Datenraten von 5G zu erfüllen, wird eine höhere elektronisch-mechanischer Kopplung der elektroakustischen Bauteile benötigt. Eines der erfolgreichsten piezoelektrischen Materialien in elektroakustischen Anwendungen ist Aluminiumnitrid (AlN). Bauteile, welche auf AlN basieren, besitzen jedoch eine relativ niedrige piezoelektrischen Koeffizienten d33 = 5,5 pC/N und die elektromechanische Kopplung ist auf 7% beschränkt. Durch den Einbau von Scandium (Sc) in die wurtzitische Phase des AlN lassen sich diese Parameter signifikant erhöhen und machen AlScN zu einem vielversprechenden Material in zukünftigen Anwendungen der mobilen Kommunikation. Diese Arbeit zielt auf die Entwicklung von wurtzitischem AlScN Dünnschichten ab, welche mit einer homogenen Mikrostruktur, hoher kristalliner Qualität und Sc-Konzentration (x > 0,4) einen großen piezoelektrischen Koeffizienten und elektromechanische Kopplung in elektroakustischen Bauteilen erreichen sollen. Hierfür wurden Al1-xScxN Dünnschichten auf Si(001) Substrate mittels reaktivem DC-gepulstem Magnetron-Co-Sputtern gewachsen, welches ein Einstellen der Sc-Konzentration erlaubt. Durch eine Anpassung des Prozessdrucks sowie der Abstand zwischen Target und Substrat, konnten AlN Dünnschichten mit einer senkrecht zur Substratnormalen ausgebildeten kolumnaren Mikrostruktur gezüchtet werden, die als hervorragende Referenz für das AlScN-Wachstum dienten. Der Austausch von Al durch Sc führt jedoch zu einer Degradation der Kristallqualität und im Weiteren zu fehlorientierten Körnern und lokalen Bereichen ohne piezoelektrische Eigenschaften. Optimierte Verhältnisse zwischen den Prozessgasen eliminierte die Fehlorientierung der Körner und ermöglichte das Wachstum einer homogenen piezoelektrischen Phase, welche bei einer Zusammensetzung von x = 0,13 einen maximalen piezoelektrischen ...
Development and characterization of piezoelectric AlScN-based alloys for electroacoustic applications
2019-01-01
Theses
Electronic Resource
English
Electrical Characterization of AlScN Ferroelectrics
IEEE | 2024
|Micro-column piezoelectric electroacoustic flow sensor device and underwater vehicle
European Patent Office | 2022
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