Thermal conductivity of aluminium nitride thin films prepared by reactive magnetron sputtering

The relationship between thermal conductivity and microstructures of aluminum nitride film reported by the reactive magnetron sputtering.This information of the thermal conductivity and microstructures of aluminium nitride thin films. 薄膜はシリコン基板上に純Alターゲットを低温（<300℃）の窒素アルゴンプラズマ中でマグネトロンスパッタリングにより150から3500nmの厚さに成膜された。 気相中の窒素濃度が異なるバランス型およびアンバランス型マグネトロンを使用した。 このようにしてさまざまな微細構造が形成され、その熱伝導率が過渡的ホットストリップ法で測定された。 薄膜の結晶構造に依存して、室温でのAlN薄膜のバルク熱伝導率は2〜170 W m-1 K-1の間で変化した。 アンバランスマグネトロンにより，粒径100 nm台の高密度（0 0 2）配向AlN膜が得られ，0.5 at%に近い低酸素濃度，170 W m-1 K-1という高いバルク熱伝導率を達成することができた。 このような結晶性は、成長プロセスに関与するイオンエネルギーに起因するものである。 一方、バランスドマグネトロンでは、5 at%の酸素を含む30 nmの粒径の弱いAlN膜が得られ、熱伝導率は微細構造に応じて2〜100 W m-1 K-1の範囲になった。 その他、アンバランスドマグネトロンで成膜したAlN膜とシリコン基板間の熱境界抵抗は1.0 × 10-8 K m2 W-1と低いことがわかった。 この値は、高分解能透過型電子顕微鏡で測定した界面アモルファス層の厚さ2 nm台とよく一致した。

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