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A. Ababneh, U. Schmid, J. Hernando-Garcia, J.L. Sànchez-Rojas, H. Seidel:
"Ermittlung der piezoelektrischen Koeffizienten von AlN-Dünnfilmen mit unterschiedlicher Kristallorientierung";
Poster: Mikrosystemtechnik Kongress 2009, Berlin, D; 12.10.2009 - 14.10.2009; in: "Mikrosystemtechnik Kongress 2009 - Proceedings", VDE Verlag, (2009), ISBN: 978-3-8007-3183-1.

Auf Grund seiner CMOS kompatiblen Herstellung und seiner guten, piezoelektrischen Eigenschaften ist Aluminiumnitrid (AlN) ein bevorzugtes Aktor- und Sensormaterial in MEMS Bauelementen. Die gesputterten AlNDünnfilme müssen eine kristallographische c-Achsen-Orientierung aufweisen, um gute piezoelektrische Koeffizienten
zu gewährleisten, während Schichten mit z.B. (101) Orientierung unerwünscht sind. Erstere zeigen kreisförmige Körner und haben eine deutlich geringere Ätzrate in Phosphorsäure oder KOH, während letztere eine linsenförmige Kornstruktur aufweisen. Die reduzierte Ätzrate kann als einfacher, qualitativer Indikator für die
piezoelektrischen Koeffizienten genommen werden. Die Messung der piezoelektrischen Koeffizienten dij mit dem Laser-Scanning-Vibrometer, verbunden mit dazu passenden Simulationen, ergaben für die Schicht mit guter c-Achsen Orientierung effektive Werte für d33 von 3,0 pm/V und -1,0 pm/V für d31. Beim Einsatz dieser Schicht
in einem einseitig eingespannten AlN-Si-Biegebalken wurde eine mittlere Auslenkung von 12 nm in der ersten Mode bei 10 mV Anregespannung erreicht.

Due to its high CMOS compatibility and due to its good piezoelectric properties, aluminum nitride (AlN) is a preferred material for MEMS sensors and actuators. Sputtered AlN thin films must exhibit a crystallographic caxis orientation in order to ensure good piezoelectric coefficients. Other orientations, e.g. (101) are undesirable. The former ones exhibit circular grains and a significantly reduced etch rate in phosphorous acid and KOH,
whereas the latter have elongated grains. The reduced etch rate may serve as an easy to implement, but qualitative indicator for the piezoelectric coefficients. Quantitative measurement of the piezoelectric coefficients for the c-axis oriented layers with a laser scanning vibrometer and accompanying simulations resulted in values of 3.0 pm/V for d33 and -1.0 pm/V for d31. Employing such a layer in an AlN-Si cantilever resulted in a deflection of 12 nm in the first mode for an excitation voltage of 10 mV.