Värmekonduktivitet hos tunna aluminiumnitridfilmer framställda genom reaktiv magnetronsputtering

Sambandet mellan värmeledningsförmåga och mikrostrukturer hos aluminiumnitridfilmer rapporteras. Filmerna deponerades på kiselsubstrat genom magnetronsputtering av ett rent Al-mål i kväve-argonplasma vid låga temperaturer (<300 °C) med en tjocklek som sträcker sig från 150 till 3500 nm. Balanserade och obalanserade magnetronkonfigurationer användes för olika kvävehalter i gasfasen. Olika mikrostrukturer skapades på så sätt och deras värmeledningsförmåga mättes med transient hot strip-teknik. Beroende på filmernas kristallina struktur varierade AlN-filmernas värmeledningsförmåga i bulk vid rumstemperatur mellan 2 och 170 W m-1 K-1. Med obalanserad magnetron kunde man uppnå mycket täta (0 0 0 2) orienterade AlN-filmer med en kornstorlek på 100 nm, en låg syrehalt nära 0,5 at% och en resulterande värmeledningsförmåga i bulk som är så hög som 170 W m-1 K-1. Denna kristallina kvalitet är ett resultat av den jonenergi som användes i tillväxtprocessen. I motsats till detta ledde balanserad magnetron till svagt texturerade AlN-filmer med en syrehalt på 5 % med en kornstorlek på 30 nm och en resulterande värmeledningsförmåga som varierade från 2 till 100 W m-1 K-1 beroende på mikrostrukturen. I annat fall visade sig det termiska gränsmotståndet mellan AlN-filmer som deponerats med obalanserad magnetron och kiselsubstratet vara så lågt som 1,0 × 10-8 K m2 W-1. Ett sådant värde stämde väl överens med tjockleken på det amorfa skiktet vid gränssnittet, som bestämdes till 2 nm med hjälp av högupplöst transmissionselektronmikroskopi.