氮化鋁陶瓷基板是一種罕見的陶瓷材料，它結(jié)合了高導(dǎo)熱性和高電阻率。在各種行業(yè)中具有多種用途，例如熔融材料處理、光電子、散熱器、微波器件封裝和大功率電子產(chǎn)品。

電子行業(yè)最感興趣的是氮化鋁的壓電特性，它能夠?qū)C械應(yīng)變轉(zhuǎn)換為電信號，反之亦然。這一特性在射頻濾波器等設(shè)備中得到了利用，為移動通信應(yīng)用大批量生產(chǎn)，以及越來越多的微機點系統(tǒng)（MEMS）。

其他壓電材料包括鋯鉭酸鉛（PZT）、鈮酸鋰、鉭酸鋰和石英。然而，其中一些材料難以制造，并且PZT是標(biāo)準(zhǔn)CMOS IC加工的污染物。相比之下，氮化鋁是CMOS友好型的，可以通過在 N 2 /Ar等離子體中濺射純Al材料以在晶圓表面形成 AlN來輕松沉積在我們的 Sigma ? fxP PVD系統(tǒng)中。

近年來，研究人員發(fā)現(xiàn)，在材料中加入鈧可以顯著提高氮化鋁的壓電性能。AlScN也可以通過Sigma ?成功沉積 fxP，它具有獨特的硬件選項來解決隨著Sc內(nèi)容的增加而引入的問題?，F(xiàn)在可以使用具有高達40at.%Sc的金屬靶材，并用于開發(fā)下一代BAW射頻濾波器和壓電 MEMS。  

一、射頻濾波器

RF濾波器是在無線應(yīng)用（包括手機、GPS、Wi-Fi和藍牙）中執(zhí)行信號處理功能的設(shè)備，用于從信號中去除不需要的頻率分量，增強所需頻率分量或兩者兼而有之。隨著數(shù)以百萬計的通信設(shè)備在緊密排列的頻率下運行，有效的過濾和信號優(yōu)化至關(guān)重要。

多年來，表面聲波（SAW）濾波器以低成本提供了良好的性能。然而，SAW濾波器也有局限性。在大約1GHZ以上，它們哦選擇性下降，而且它們對溫度變化也非常敏感。這導(dǎo)致了溫度補償（TC-SAW）濾波器的引入，然而轉(zhuǎn)向體聲波（BAW）濾波器，該濾波器在1.5GHZ以上的頻率下表現(xiàn)更好。BAW濾波器還入損耗低（即由于插入設(shè)備而導(dǎo)致的信號功率損失），從而延長手機電池壽命。

氮化鋁陶瓷基板是現(xiàn)代BAW器件的首選壓電材料，因為它提供了性能、CMOS兼容性、可制造性和可靠性的最佳平衡。

為了制造BAW濾波器，壓電氮化鋁層夾在兩個PVD沉積的金屬電極（例如Mo、W、AlCu）之間或者懸浮在蝕刻到襯底中的空腔上（即上圖a中的FBAR）或沉積到布拉格反射器堆棧（圖（b）中的 SMR）?？涨缓投询B是反射縱向和剪切聲波的替代方法，這是避免基板損耗和提高諧振器“質(zhì)量”或“Q”因子所必需的。

為了過濾信號，BAW設(shè)備必須以指定的頻率諧振。該頻率及其帶寬取決于氮化鋁薄膜的厚度和Q因子。為了從BAW器件中獲得最佳性能，PVD工藝需要使用以下材料沉積氮化鋁：

1.整個晶圓（以及晶圓到晶圓）的出色厚度均勻性

2.正確的晶體“紋理”以最大化壓電效應(yīng)

3.受控應(yīng)力以避免使用腔體的設(shè)備斷裂/變形

二、微機電系統(tǒng)

越來越多的MEMS設(shè)備使用相同的壓電效應(yīng)將機械應(yīng)變或應(yīng)力轉(zhuǎn)換為信號，例如麥克風(fēng)、能量收集器和超聲波換能器（例如指紋傳感器）。PiezoMEMS設(shè)備比傳統(tǒng)的電容式MEMS傳感器更敏感，功耗也更低，因此與可穿戴設(shè)備市場密切相關(guān)，并將成為物聯(lián)網(wǎng)革命中的一項使能技術(shù)。PiezoMEMS 產(chǎn)品公告已經(jīng)開始出現(xiàn)，例如 Vesper 的麥克風(fēng)和 Invensense 的指紋傳感器。我們希望在未來兩年內(nèi)看到氮化鋁陶瓷基板支持設(shè)備出現(xiàn)在大型智能手機中。