Reaktív magnetronos porlasztással előállított alumínium-nitrid vékonyrétegek hővezetése

Az alumínium-nitrid rétegek hővezetése és mikroszerkezete közötti kapcsolatról számolunk be. A filmeket szilícium szubsztrátokra vezették fel tiszta Al-target magnetronporlasztással nitrogén-argon plazmában, alacsony hőmérsékleten (<300 °C), 150 és 3500 nm közötti vastagságban. Kiegyensúlyozott és kiegyenlítetlen magnetron-konfigurációkat alkalmaztak a gázfázis különböző nitrogéntartalmaihoz. Így különböző mikroszerkezeteket hoztak létre, és ezek hővezető képességét mértük a tranziens forrócsík technikával. A filmek kristályszerkezetétől függően az AlN filmek ömlesztett hővezető képessége szobahőmérsékleten 2 és 170 W m-1 K-1 között változott. A kiegyensúlyozatlan magnetron lehetővé tette nagy sűrűségű (0 0 2 ) orientált AlN-filmek előállítását, amelyek szemcsemérete a 100 nm-es tartományba esik, oxigéntartalmuk közel 0,5 at%, és az így kapott ömlesztett hővezető képesség elérte a 170 W m-1 K-1 értéket. Az ilyen kristályos minőség a növekedési folyamatba bevont ionenergiának köszönhető. Ezzel szemben a kiegyensúlyozott magnetron 5 at% oxigént tartalmazó, gyengén texturált AlN-filmeket eredményezett, amelyek szemcsemérete a 30 nm-es tartományba esett, és a mikroszerkezettől függően 2 és 100 W m-1 K-1 közötti hővezető képességet eredményeztek. Egyébként a kiegyensúlyozatlan magnetronnal leválasztott AlN-filmek és a szilíciumszubsztrát közötti termikus határfelületi ellenállás mindössze 1,0 × 10-8 K m2 W-1 volt. Ez az érték jó összhangban volt a határfelületi amorf réteg 2 nm-es tartományban, nagy felbontású transzmissziós elektronmikroszkópiával meghatározott vastagságával.