Preparation of YbAlN piezoelectric thin film by sputtering and influence of Yb concentration on properties and crystal structure
Preparation of YbAlN piezoelectric thin film by sputtering and influence of Yb concentration on properties and crystal structure
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溅射法制备YbAlN压电薄膜及Yb浓度对性能和晶体结构的影响
DOI：
10.1016/j.ceramint.2021.02.177
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发表时间：
2021
影响因子：
5.2
通讯作者：
Akiyama Morito
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Uehara Masato;Amano Yuki;Anggraini Sri Ayu;Hirata Kenji;Yamada Hiroshi;Akiyama Morito
氮化铝（AlN）是压电微机电系统（MEMS）的关键材料。自从发现钪 (Sc) 掺杂可以提高 AlN 压电性能以来，许多研究小组开始研究其他有效的掺杂剂。然而，尽管理论计算已经表明了潜在的有效性，但另一种有效的单一掺杂剂尚未得到实验证明。在这项研究中，我们提出镱 (Yb) 作为一种有效的掺杂剂。通过实验设计 (DoE) 优化了 YbxAl1− xN 薄膜的溅射条件。结果，获得了高质量的YbxAl1−xN薄膜。 YbxAl1− xN 的 x 值范围为 0 到 0.37，表现出良好的压电响应。最大 d33 约为 12 pC/N，大约是未掺杂 AlN 值的两倍。根据X射线衍射晶体学分析，Yb浓度对晶体结构的影响与Sc相似，但在高Yb浓度下观察到差异。
Aluminum nitride (AlN) is a key material for piezoelectric micro-electromechanical systems (MEMS). Since the discovery of the increase in AlN piezo performance by scandium (Sc) doping, many groups have investigated other effective dopants. However, another effective single dopant has not yet been experimentally demonstrated, although potential effectiveness has been indicated by theoretical calculations. In this study, we propose ytterbium (Yb) as an effective dopant. The sputtering conditions for YbxAl1− xN films were optimized by design of experiments (DoE). Consequently, high-quality YbxAl1− xN films were obtained. YbxAl1− xN withxvalues ranging from 0 to 0.37 demonstrate good piezo response. A maximumd33of ~12 pC/N, which is approximately twice the value of non-doped AlN, is achieved. According to crystallographic analysis using X-ray diffraction, the influence of Yb concentration on the crystal structure was similar to that of Sc with differences observed at high Yb concentration.
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