Reaktiivisella magnetronipölyttämisellä valmistettujen alumiininitridiohutkalvojen lämmönjohtavuus

Raportoidaan alumiininitridiohutkalvojen lämmönjohtavuuden ja mikrorakenteiden välinen suhde. Kalvot kerrostettiin piialustoille magnetronipölyttämällä puhdasta Al-kohdetta typpi-argoniplasmassa matalissa lämpötiloissa (<300 °C) ja niiden paksuus vaihteli 150-3500 nm:n välillä. Tasapainotettuja ja epätasapainotettuja magnetronikonfiguraatioita käytettiin eri typpipitoisuuksille kaasufaasissa. Näin luotiin erilaisia mikrorakenteita ja niiden lämmönjohtavuus mitattiin transienttisella kuumanauhatekniikalla. Kalvojen kiderakenteesta riippuen AlN-kalvojen irtolämmönjohtavuus huoneenlämmössä vaihteli välillä 2-170 W m-1 K-1. Tasapainottoman magnetronin avulla saatiin aikaan erittäin tiheitä (0 0 2 ) orientoituja AlN-kalvoja, joiden raekoko oli 100 nm:n alueella, alhainen happipitoisuus lähellä 0,5 at-% ja tuloksena saatu irtolämmönjohtavuus jopa 170 W m-1 K-1. Tällainen kiteinen laatu johtui kasvuprosessiin osallistuneesta ionienergiasta. Sitä vastoin tasapainotettu magnetroni johti heikosti teksturoituneisiin AlN-kalvoihin, jotka sisälsivät 5 at-% happea, joiden raekoko oli 30 nm:n alueella ja tuloksena saatu lämmönjohtavuus vaihteli mikrorakenteesta riippuen 2-100 W m-1 K-1 välillä. Muutoin epätasapainotetulla magnetronilla laskeutettujen AlN-kalvojen ja piisubstraatin välisen lämpörajaresistanssin todettiin olevan niinkin alhainen kuin 1,0 × 10-8 K m2 W-1. Tällainen arvo oli hyvässä sopusoinnussa rajapinnan amorfisen kerroksen paksuuden kanssa, joka määritettiin 2 nm:n alueella korkean resoluution siirtoelektronimikroskopialla.