Conducibilità termica di film sottili di nitruro di alluminio preparati mediante sputtering magnetronico reattivo

Si riporta la relazione tra conducibilità termica e microstrutture di film di nitruro di alluminio. I film sono stati depositati su substrati di silicio mediante sputtering magnetronico di un target di Al puro in plasma di argon azoto a basse temperature (<300 °C) con spessori che vanno da 150 a 3500 nm. Sono state utilizzate configurazioni di magnetron bilanciate e sbilanciate per diversi contenuti di azoto nella fase gassosa. Sono state così create diverse microstrutture e la loro conducibilità termica è stata misurata con la tecnica della striscia calda transitoria. A seconda della struttura cristallina dei film, la conduttività termica di massa dei film di AlN a temperatura ambiente variava tra 2 e 170 W m-1 K-1. Il magnetron sbilanciato ha permesso di ottenere film di AlN orientati altamente densi (0 0 2) con una granulometria nell’ordine dei 100 nm, un basso contenuto di ossigeno vicino allo 0,5 at% e una conduttività termica di massa risultante pari a 170 W m-1 K-1. Tale qualità cristallina è risultata dall’energia ionica coinvolta nel processo di crescita. Al contrario, il magnetron bilanciato ha portato a film di AlN debolmente strutturati contenenti il 5 at% di ossigeno con una dimensione dei grani nell’ordine dei 30 nm e una conduttività termica risultante che va da 2 a 100 W m-1 K-1 a seconda della microstruttura. Altrimenti, la resistenza termica di confine tra i film di AlN depositati dal magnetron sbilanciato e il substrato di silicio è stata trovata bassa come 1,0 × 10-8 K m2 W-1. Tale valore era in buon accordo con lo spessore dello strato amorfo interfacciale determinato nell’intervallo di 2 nm dalla microscopia elettronica di trasmissione ad alta risoluzione.