Deposition and characterization of aluminum nitride thin films for piezoelectric MEMS

Julkaisun otsikon käännös: Alumiininitridi ohutkalvojen kasvatus ja karakterisointi pietsosähköisiin MEMS sovelluksiin

Elmeri Österlund

Tutkimustuotos: Doctoral ThesisCollection of Articles

Abstrakti

Pietsosähköisen aktuaation ja havainnoinnin käyttö parantaisi monien mikroelektromekaanisiin järjestelmiin (engl. microelectromechanical system, MEMS) perustuvien antureiden, kuten inertiamittausyksiköissä käytettävien gyroskooppien, suorituskykyä. Mitatakseen liikettä kolmen akselin suhteen, inertiaaliset MEMS-anturit, etenkin gyroskoopit, vaativat myös pinnan suuntaista aktuaatiota ja havainnointia kohtisuoran lisäksi. Tehokas pietsosähköinen toteutus edellyttää korkean kidelaadun materiaalin kasvatusta pinnan suuntaisesti liikkuvien MEMS-rakenteiden pystysuorille sivuseinille. Tällä hetkellä käytetyillä ohutkalvojen kasvatus- ja prosessointimenetelmillä ei ole riittävää konformaalista peittoa tällaisilla rakenteilla. Aikaisempi pietsosähköisen alumiininitridin (AlN) kasvatusta koskeva tutkimus on keskittynyt AlN:n hyödyntämiseen sovelluksissa, kuten resonaattoreissa, joissa konformaalista peittoa ei tarvita. Lisäksi aikaisemmissa tutkimuksissa on käytetty pääasiassa fyysistä kaasufaasipinnoitusta (engl. physical vapor deposition, PVD), millä on yleensä huono konformaalinen peitto pystysuorilla sivuseinillä ja tällä tavalla kasvatettujen kalvojen kiderakenne sivuseinillä on kallistunut. Kemiallisen kaasufaasipinnoituksen (engl. chemical vapor deposition, CVD) tulisi johtaa parempaan konformaaliseen peittoon kolmiulotteisten rakenteiden pystysuorilla sivuseinillä, joita tarvitaan optimaaliseen pinnan suuntaiseen aktuaatioon ja havainnointiin. Metallo-orgaanisella CVD:llä (MOCVD) ja atomikerroskasvatuksella (engl. atomic layer deposition, ALD) kasvatettiin AlN-ohutkalvoja pystysuorille sivuseinille tässä työssä. MOCVD- ja ALD-prosessien konformaalista peittoa tutkittiin kasvattamalla AlN-ohutkalvoja kuvioiduille piialustoille, ja kalvojen kidelaatua sekä mikrorakennetta tutkittiin röntgendiffraktiolla (engl. X-ray diffraction, XRD), läpäisyelektronimikroskopialla (engl. transmission electron microscopy, TEM), Fourier-muunnosinfrapunaspektroskopialla (engl. Fourier-transform infrared spectroscopy, FTIR) ja atomivoimamikroskopialla (engl. atomic force microscopy, AFM). Lisäksi tutkittiin AlN ja Sc-seostettujen AlN (AlScN) ohutkalvojen mekaanisia ominaisuuksia, luotettavuutta ja mikrorakenteen vakautta. Väitöskirjan tarkoituksena oli löytää sopiva menetelmä ja prosessiparametrit korkean kidelaadun pietsosähköisten AlN ohutkalvojen kasvattamiseen pystysuorille sivuseinille, joita voidaan hyödyntää inertiaali MEMS-antureiden valmistuksessa, sekä mahdollistaa AlN:n ja AlScN:n käyttö uusissa sovelluksissa tutkimalla niiden luotettavuutta ja mikrorakenteen vakautta.
Julkaisun otsikon käännösAlumiininitridi ohutkalvojen kasvatus ja karakterisointi pietsosähköisiin MEMS sovelluksiin
AlkuperäiskieliEnglanti
PätevyysTohtorintutkinto
Myöntävä instituutio
  • Aalto-yliopisto
Valvoja/neuvonantaja
  • Paulasto-Kröckel, Mervi, Vastuuprofessori
  • Suihkonen, Sami, Ohjaaja
Kustantaja
Painoksen ISBN978-952-64-0178-2
Sähköinen ISBN978-952-64-0179-9
TilaJulkaistu - 2020
OKM-julkaisutyyppiG5 Artikkeliväitöskirja

Tutkimusalat

  • alumiininitridi
  • alumiiniskandiumnitridi
  • atomikerroskasvatus
  • atomivoimamikroskopia
  • Fourier-muunnosinfrapunaspektroskopia
  • jäännösjännitys
  • kidelaatu
  • konformaalinen peitto

Sormenjälki

Sukella tutkimusaiheisiin 'Alumiininitridi ohutkalvojen kasvatus ja karakterisointi pietsosähköisiin MEMS sovelluksiin'. Ne muodostavat yhdessä ainutlaatuisen sormenjäljen.

Siteeraa tätä