Termisk ledningsevne af tynde aluminiumnitridfilm fremstillet ved reaktiv magnetronsputtering

Forholdet mellem termisk ledningsevne og mikrostrukturer af aluminiumnitridfilm er beskrevet. Filmene blev deponeret på siliciumsubstrater ved magnetronsputtering af et rent Al-mål i nitrogen-argonplasma ved lave temperaturer (<300 °C) med en tykkelse på mellem 150 og 3500 nm. Der blev anvendt balancerede og ubalancerede magnetronkonfigurationer til forskellige nitrogenindhold i gasfasen. Der blev således skabt forskellige mikrostrukturer, og deres varmeledningsevne blev målt ved hjælp af den transiente hot strip-teknik. Afhængigt af filmens krystallinske struktur varierede AlN-filmenes varmeledningsevne i bulk ved stuetemperatur mellem 2 og 170 W m-1 K-1. Ubalanceret magnetron gjorde det muligt at opnå meget tætte (0 0 0 2) orienterede AlN-film med en kornstørrelse på omkring 100 nm, et lavt iltindhold på tæt på 0,5 at% og en resulterende bulkvarmeledningsevne på helt op til 170 W m-1 K-1. En sådan krystallinsk kvalitet skyldes den ionenergi, der er involveret i vækstprocessen. I modsætning hertil førte en afbalanceret magnetron til svagt teksturerede AlN-film med et iltindhold på 5 at% med en kornstørrelse på omkring 30 nm og en resulterende varmeledningsevne på mellem 2 og 100 W m-1 K-1 afhængigt af mikrostrukturen. Ellers blev det konstateret, at den termiske grænsemodstand mellem AlN-film, der blev aflejret med ubalanceret magnetron, og siliciumsubstratet var så lav som 1,0 × 10-8 K m2 W-1. En sådan værdi var i god overensstemmelse med tykkelsen af det amorfe lag i grænsefladen, som blev bestemt i 2 nm-intervallet ved transmissionselektronmikroskopi med høj opløsning.