Conductividad térmica de películas delgadas de nitruro de aluminio preparadas por sputtering magnetrónico reactivo

Se reporta la relación entre la conductividad térmica y las microestructuras de las películas de nitruro de aluminio. Se depositaron películas sobre sustratos de silicio mediante sputtering por magnetrón de un blanco de Al puro en plasma de nitrógeno argón a bajas temperaturas (<300 °C) con espesores que van de 150 a 3500 nm. Se utilizaron configuraciones de magnetrón equilibradas y no equilibradas para diferentes contenidos de nitrógeno en la fase gaseosa. De este modo, se crearon varias microestructuras y se midió su conductividad térmica con la técnica de banda caliente transitoria. Dependiendo de la estructura cristalina de las películas, la conductividad térmica de las películas de AlN a temperatura ambiente varió entre 2 y 170 W m-1 K-1. El magnetrón desbalanceado permitió obtener películas de AlN altamente densas (0 0 2) orientadas con un tamaño de grano en el rango de los 100 nm, un bajo contenido de oxígeno cercano al 0,5 at% y una conductividad térmica aparente resultante tan alta como 170 W m-1 K-1. Esta calidad cristalina fue el resultado de la energía iónica implicada en el proceso de crecimiento. Por el contrario, el magnetrón equilibrado dio lugar a películas de AlN débilmente texturizadas que contenían un 5 at% de oxígeno con un tamaño de grano en el rango de los 30 nm y una conductividad térmica resultante que oscilaba entre 2 y 100 W m-1 K-1 dependiendo de la microestructura. Por otra parte, la resistencia de frontera térmica entre las películas de AlN depositadas por magnetrón no balanceado y el sustrato de silicio resultó ser tan baja como 1,0 × 10-8 K m2 W-1. Dicho valor estaba en buena concordancia con el espesor de la capa amorfa interfacial determinado en el rango de 2 nm por microscopía electrónica de transmisión de alta resolución.