研究目的
开发一种在低衬底温度下沉积高质量、无应力（001）择优取向氮化铝（AlN）薄膜的方法，该薄膜具有高压电系数，适用于MEMS应用。
研究成果
该方法成功在低温下沉积出高质量、无应力的(001)取向氮化铝薄膜，其压电系数高达d33=(7.33±0.08)pC·N?1。该薄膜展现出优异的晶体学和光学特性，使其适合与CMOS技术进行MEMS集成。未来工作可探索更广的参数范围及应用场景。
研究不足
该研究仅限于特定的沉积条件和基底，可能无法推广到其他材料或设置。优化重点集中在低温工艺上，可能忽略了高温条件下的优势。使用离子束源可能会给工业应用带来规?；虺杀痉矫娴母丛有浴?/p>
1：实验设计与方法选择：
本研究采用双考夫曼离子束源装置进行氮化铝（AlN）薄膜的反应溅射沉积。通过优化离子束能量、电流、气体比例及衬底温度等参数，制备出无应力且具有高晶体质量特性的薄膜。
2：样品选择与数据来源：
AlN薄膜分别沉积于四种不同衬底：Si(100)、Si(111)、非晶SiO2以及(001)择优取向的钛薄膜。所有衬底均经过氩离子轰击预处理清洁。
3：0)、Si(111)、非晶SiO2以及(001)择优取向的钛薄膜。所有衬底均经过氩离子轰击预处理清洁。 实验设备与材料清单：
3. 实验设备与材料清单：主要设备包括考夫曼离子束源（KRI?）、涡轮分子泵、用于厚度监控的石英晶体传感器、原子力显微镜（布鲁克Dimension Icon）、X射线衍射仪（理学SmartLab系统）、椭偏仪（J.A.沃兰VASE）以及压电系数测量系统（Piezotest PM300）。所用材料包含纯度99.999%的铝靶材、纯度99.99999%的氩气与氮气，以及多种硅晶圆。
4：999%的铝靶材、纯度99999%的氩气与氮气，以及多种硅晶圆。 实验流程与操作规范：
4. 实验流程与操作规范：通过精确控制参数（如束流能量、电流、气体流量、温度）进行薄膜沉积。预处理采用氩离子轰击清洁，薄膜厚度实施原位监控与离位验证。表征手段包括：XRD晶体结构分析、椭偏仪光学特性测试以及准静态法压电系数测量。
5：数据分析方法：
XRD数据采用理学PDXL2软件进行峰位拟合分析；椭偏仪数据通过WVASE软件结合克拉默斯-克勒尼希一致性振子模型处理；应力计算运用斯托尼公式；压电系数测量符合指定精度要求。
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Atomic force microscope
Dimension Icon
Bruker
Measures surface roughness of deposited films using ScanAsyst mode.
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X-ray diffractometer
SmartLab
Rigaku
Characterizes crystallographic properties of thin films using various XRD methods.
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Ellipsometer
VASE
J.A. Woollam
Probes optical properties of thin films by measuring ellipsometric angles.
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Kaufman ion-beam source
KRI?
KRI
Used for sputtering deposition of thin films, providing ion beams for material ablation and assistance.
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Charge neutralizer
LFN 2000
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Reduces ion-beam space charge during sputtering to improve deposition quality.
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Turbomolecular pump
Evacuates the sputtering chamber to achieve low base pressure for clean deposition environments.
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Quartz crystal sensor
Monitors deposition rate and film thickness in situ during the sputtering process.
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Piezoelectric coefficient measurement system
PM300
Piezotest
Measures the d33 piezoelectric coefficient of thin films using quasi-static methods.
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