Conductivité thermique des films minces de nitrure d’aluminium préparés par pulvérisation magnétron réactive

La relation entre la conductivité thermique et les microstructures des films de nitrure d’aluminium est rapportée. Des films ont été déposés sur des substrats de silicium par pulvérisation magnétron d’une cible d’Al pur dans un plasma d’azote et d’argon à basse température (<300 °C) avec une épaisseur allant de 150 à 3500 nm. Des configurations magnétron équilibrées et déséquilibrées ont été utilisées pour différentes teneurs en azote dans la phase gazeuse. Diverses microstructures ont ainsi été créées et leur conductivité thermique a été mesurée avec la technique de bande chaude transitoire. Selon la structure cristalline des films, la conductivité thermique globale des films d’AlN à température ambiante variait entre 2 et 170 W m-1 K-1. Un magnétron non équilibré a permis d’obtenir des films d’AlN orientés très denses (0 0 2) avec une taille de grain de l’ordre de 100 nm, une faible teneur en oxygène proche de 0,5 at% et une conductivité thermique globale résultante aussi élevée que 170 W m-1 K-1. Une telle qualité cristalline résulte de l’énergie ionique impliquée dans le processus de croissance. En revanche, le magnétron équilibré a produit des films d’AlN faiblement texturés contenant 5 % d’oxygène avec une taille de grain de l’ordre de 30 nm et une conductivité thermique résultante allant de 2 à 100 W m-1 K-1 selon la microstructure. Autrement, la résistance à la frontière thermique entre les films d’AlN déposés par magnétron non équilibré et le substrat de silicium s’est avérée aussi faible que 1,0 × 10-8 K m2 W-1. Une telle valeur était en bon accord avec l’épaisseur de la couche amorphe interfaciale déterminée dans la gamme de 2 nm par microscopie électronique à transmission à haute résolution.