Condutividade térmica de filmes finos de nitreto de alumínio preparados por pulverização magnética reactiva

A relação entre a condutividade térmica e as microestruturas dos filmes de nitreto de alumínio é relatada. Os filmes foram depositados em substratos de silício por pulverização com magnetron de um alvo de Al puro em plasma de argônio nitrogênio a baixas temperaturas (<300 °C) com espessura variando de 150 a 3500 nm. Configurações balanceadas e não balanceadas de magnetron foram utilizadas para diferentes teores de nitrogênio na fase gasosa. Assim, foram criadas várias microestruturas e sua condutividade térmica foi medida com a técnica de tira a quente transitória. Dependendo da estrutura cristalina dos filmes, a condutividade térmica a granel dos filmes AlN à temperatura ambiente variou entre 2 e 170 W m-1 K-1. O magnetron desequilibrado permitiu alcançar filmes de AlN altamente densos (0 0 2) orientados com um tamanho de grão na faixa de 100 nm, um baixo conteúdo de oxigênio próximo a 0,5 a% e uma condutividade térmica a granel resultante tão alta quanto 170 W m-1 K-1. Tal qualidade cristalina resultou da energia iônica envolvida no processo de crescimento. Em contraste, o magnetrão equilibrado levou a filmes de AlN de textura fraca contendo 5 a% de oxigénio com um tamanho de grão na faixa dos 30 nm e uma condutividade térmica resultante variando de 2 a 100 W m-1 K-1, dependendo da microestrutura. Caso contrário, a resistência térmica entre os filmes de AlN depositados por magnetrão desequilibrado e o substrato de silício foi encontrada tão baixa quanto 1,0 × 10-8 K m2 W-1. Tal valor estava em boa concordância com a espessura da camada amorfa interfacial determinada na faixa de 2 nm por microscopia eletrônica de transmissão de alta resolução.