p As transferências de dados móveis 5G exigem o uso de faixas de frequência cada vez maiores, todos os quais precisam ser acomodados em um único dispositivo móvel. Assim, as demandas de componentes de radiofrequência (RF) estão aumentando constantemente. O Instituto Fraunhofer de Física de Estado Sólido Aplicada IAF desenvolveu um romance, compactar, e filtros de RF de alta frequência / alta largura de banda com baixo consumo de energia para atender a essas necessidades. Durante o projeto PiTrans, os pesquisadores conseguiram cultivar nitreto de escândio de alumínio (AlScN) com as especificações industriais exigidas e criar novos dispositivos eletroacústicos para smartphones. p O número de componentes RF integrados em um único smartphone aumentou significativamente nos últimos anos, e não há fim à vista. Prevendo essa tendência em 2015, o projeto "PiTrans - Desenvolvimento de camadas AlScN para os filtros de RF piezoelétricos de próxima geração" se propôs a desenvolver e produzir piezo-transdutores de RF aprimorados com nitretos ternários baseados em AlN como camada piezoativa. Dentro dos cinco anos do projeto, os pesquisadores tiveram sucesso no crescimento de camadas AlScN altamente cristalinas e na realização de ressonadores de onda acústica de superfície (SAW) que atendem aos requisitos crescentes da indústria. Para o crescimento do material, que também é promissor para outras aplicações eletrônicas de potência, uma infraestrutura moderna de pulverização catódica foi estabelecida na Fraunhofer IAF.

p Potencial e desafios de AlScN

p Até hoje, AlScN continua sendo o novo material mais promissor para substituir o nitreto de alumínio convencional (AlN) em aplicações de filtro de RF dentro de telefones celulares. Ao introduzir escândio (Sc) em AlN, o acoplamento eletromecânico e o coeficiente piezoelétrico do material são aumentados, permitindo uma conversão de energia elétrica em mecânica mais eficiente. Isso permite a produção de dispositivos RF muito mais eficientes. Contudo, a instabilidade da fase de cristal piezoelétrica AlScN tem sido um problema para o uso industrial do material, até agora, como a segregação de AlN do tipo wurtzita e ScN cúbico geralmente ocorre durante o crescimento. "Em 2015, sabíamos o potencial do AlscN, mas precisávamos encontrar as condições certas para crescer em um processo estável e escalável, "diz o Dr. Žukauskaitė, que levou sua equipe ao sucesso.

p Crescimento e desenvolvimento de dispositivos bem-sucedidos

p No decorrer do projeto, os cientistas da Fraunhofer IAF conseguiram cultivar camadas de AlScN altamente cristalinas com uma ampla gama de composições até um teor de Sc de 41 por cento. Uma boa homogeneidade das camadas foi alcançada em todo o wafer de silício (Si) até 200 mm de diâmetro, que atende aos requisitos de produção industrial. Além desses resultados relevantes para o setor, a equipe do projeto também conseguiu realizar um crescimento epitaxial na safira combinada com treliça (Al ₂ O ₃ ) substratos por meio de um método especial de deposição de epitaxia por pulverização catódica (MSE), que será útil para futuras pesquisas de materiais.

p Além do desenvolvimento de materiais bem-sucedido, os pesquisadores produziram três gerações de estruturas de teste para demonstrar o desempenho dos filmes finos de AlScN. A implementação do MSE para produzir AlScN / Al ₂ O ₃ Ressonadores baseados em levam a um aumento de acoplamento eletromecânico de até 10% na frequência de 2 GHz. Em colaboração com as empresas Evatec e Qualcomm, um filme fino não polar de AlScN também foi desenvolvido para melhorar ainda mais o acoplamento eletromecânico de ressonadores SAW. Esta tecnologia está sendo mais pesquisada, e os primeiros resultados foram publicados recentemente em um artigo científico.

p AlScN para outros aplicativos

p "Vemos o AlScN como um candidato muito promissor para permitir aplicações futuras que capitalizem o efeito piezoelétrico, como tecnologias de sensores e transistores de alta mobilidade de elétrons, "explica o Dr. Žukauskaitė. O sucesso do projeto PiTrans levou à aquisição de mais dois projetos envolvendo a tecnologia AlScN na Fraunhofer IAF. Nos mAgnes do projeto, sensores de corrente de banda larga, como os usados ​​em carros eletrônicos, estão sendo pesquisados; no projeto SALSA, a equipe de pesquisa está desenvolvendo novos tipos de comutáveis, transistores de alta mobilidade de elétrons (HEMTs). Ambos os projetos se beneficiam da experiência da equipe no crescimento de AlScN e no desenvolvimento de dispositivos baseados em AlScN, bem como a infraestrutura necessária estabelecida no Fraunhofer IAF.