ForMikro – Salsa

Im Rahmen des BMBF geförderten Projektes „ForMikro – Salsa“ wurde die neuartige ferroelektrische Keramik Aluminium-Scandium-Nitrid (AlScN) am ISIT etabliert.

Ferroelektrische Materialien werden unter anderem als Antriebe für MEMS und in permanenten Datenspeichern genutzt. Bisher war hierfür die bleihaltige Keramik Blei-Zirkonat-Titanat (PZT) das Material der Wahl. PZT zeigt eine extrem hohe Verformung, allerdings auch gravierende Nachteile, wie den Bleigehalt und ein nicht-lineares Verhalten. Des Weiteren ist die Integration auf CMOS-Strukturen durch hohe Abscheide-Temperaturen stark erschwert. Diese Nachteile bestehen bei den alternativen Materialien wie Aluminium-Nitrid (AlN) und AlScN nicht. Sie sind bipolar treibbar, Hochtemperatur- und Langzeit-stabil ohne hohe Abscheidungs-Temperaturen zu benötigen und weisen deutlich geringere elektrische Verluste auf. Allerdings ist die erreichbare Verformung deutlich kleiner im Vergleich zu PZT.

Hier treten die ferroelektrischen Eigenschaften des AlScN in den Fokus. Hierdurch ist es möglich, die Polarisation des Materials permanent zu invertieren und somit einen Multilagen-Schichtstapel herzustellen, der die Performance mehrerer AlScN-Lagen koppelt. So kann der letzte verbliebende Nachteil des AlScN kompensiert werden.

In Kooperation mit der Christian-Albrechts-Universität (CAU) wurde ein grundlegender AlScN Abscheideprozess in den Reinraum des ISITs transferiert. Dieser Prozess wurde im Anschluss an die vor Ort genutzten Tools angepasst und weiter optimiert. Der so entwickelte Prozess erlaubt Kontrolle über den Filmstress und nahezu perfekt orientierte Schichten, die sich auf großen Flächen ferroelektrisch invertieren lassen. Diese AlScN Filme sind in diversen anderen Projekten aktiv integriert.

Auf Basis dieses stabilen Prozesses wurde die Entwicklung und Integration der AlScN-Multilagen begonnen. Des Weiteren wurde die Performance auf SOI-ähnlichen Substraten in den Fokus gestellt, um die Multilagen an MEMS-Lautsprechern demonstrieren zu können. Im Rahmen des Projektes konnten erste AlScN-Doppellagen mit großen invertierten Flächen demonstriert werden. Ebenso wurden erste freistehende Aktoren, basierend auf der Doppellage, als Basis für weitere Anwendungen wie MEMS-Lautsprecher gezeigt.