Przewodnictwo cieplne cienkich warstw azotku aluminium otrzymywanych metodą reaktywnego rozpylania magnetronowego

Opisano zależność pomiędzy przewodnictwem cieplnym a mikrostrukturami warstw azotku aluminium. Filmy osadzano na podłożach krzemowych metodą magnetronowego rozpylania czystego Al w plazmie azotowo- argonowej w niskich temperaturach (<300 °C) o grubości od 150 do 3500 nm. Zrównoważone i niezrównoważone konfiguracje magnetronów były stosowane dla różnych zawartości azotu w fazie gazowej. W ten sposób powstały różne mikrostruktury, których przewodność cieplna została zmierzona techniką przejściowych gorących pasków. W zależności od struktury krystalicznej folii, objętościowa przewodność cieplna folii AlN w temperaturze pokojowej zmieniała się w zakresie od 2 do 170 W m-1 K-1. Niewyważony magnetron pozwolił na uzyskanie bardzo gęsto (0 0 2) zorientowanych folii AlN o wielkości ziarna w zakresie 100 nm, niskiej zawartości tlenu bliskiej 0,5 at% i wynikającej z tego objętościowej przewodności cieplnej sięgającej 170 W m-1 K-1. Taka jakość krystaliczna wynikała z energii jonów zaangażowanych w proces wzrostu. W przeciwieństwie do tego, zrównoważony magnetron prowadził do słabo teksturowanych filmów AlN zawierających 5 at% tlenu o wielkości ziarna w zakresie 30 nm i wynikowej przewodności cieplnej w zakresie od 2 do 100 W m-1 K-1 w zależności od mikrostruktury. W pozostałych przypadkach stwierdzono, że termiczny opór graniczny pomiędzy warstwami AlN osadzanymi za pomocą magnetronu niezrównoważonego a podłożem krzemowym wynosi zaledwie 1,0 × 10-8 K m2 W-1. Taka wartość dobrze zgadzała się z grubością międzyfazowej warstwy amorficznej wyznaczoną w zakresie 2 nm za pomocą wysokorozdzielczej transmisyjnej mikroskopii elektronowej.