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AlScN-on-SiC Thin Film Micromachined Resonant Transducers Operating in High-Temperature Environment up to 600 °C
Advanced Functional Materials ( IF 18.5 ) Pub Date : 2022-06-21 , DOI: 10.1002/adfm.202202204 Wen Sui 1 , Haoran Wang 1 , Jaesung Lee 1 , Afzaal Qamar 2 , Mina Rais‐Zadeh 2, 3 , Philip X.‐L. Feng 1
Advanced Functional Materials ( IF 18.5 ) Pub Date : 2022-06-21 , DOI: 10.1002/adfm.202202204 Wen Sui 1 , Haoran Wang 1 , Jaesung Lee 1 , Afzaal Qamar 2 , Mina Rais‐Zadeh 2, 3 , Philip X.‐L. Feng 1
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The experimental demonstration of aluminum scandium nitride (AlScN)-on-cubic silicon carbide (SiC) heterostructure thin film micromachined resonant transducers operating in a high-temperature environment up to 600 °C is reported. Macroscopic and microscopic vibrations are investigated through a combination of ultrasensitive laser interferometry techniques and Raman spectroscopy. An average linear temperature coefficient of resonance frequency (TCf) of <1 ppm °C−1 within the temperature range from room temperature to 200 °C, and an average linear TCf of −16 ppm °C−1 between 200 and 600 °C, from the fundamental-mode resonance of AlScN/SiC circular diaphragm resonator with a thickness of 1.9 µm and diameter of 250 µm, is obtained. Higher-order modes exhibit much larger TCf, which make them strong candidates as high-temperature-tolerant temperature sensors or ultraviolet detectors. Raman spectroscopy indicates that the turning points of the peak positions of the longitudinal optical phonon modes of both 3C-SiC and AlScN occur in almost the same temperature region where the turnover point of TCf is observed, suggesting that the microscopic vibrations in the crystal lattice and the macroscopic oscillation of the diaphragm are naturally mediated by the residual strain inside the materials at varying temperature.
中文翻译：
在高达 600 °C 的高温环境下工作的 AlScN-on-SiC 薄膜微机械谐振换能器
报道了在高达 600 °C 的高温环境下工作的氮化铝钪 (AlScN)-on-on-cubic 碳化硅 (SiC) 异质结构薄膜微机械谐振换能器的实验演示。通过结合超灵敏激光干涉技术和拉曼光谱来研究宏观和微观振动。 在室温至 200 °C 的温度范围内，谐振频率的平均线性温度系数 (TC f ) <1 ppm °C -1 ，平均线性 TC f为 -16 ppm °C -1在 200 和 600 °C 之间，从厚度为 1.9 µm、直径为 250 µm 的 AlScN/SiC 圆形隔膜谐振器的基模谐振中获得。高阶模式表现出更大的 TC f，这使其成为耐高温温度传感器或紫外线探测器的有力候选者。拉曼光谱表明 3C-SiC 和 AlScN 的纵向光学声子模式的峰值位置的转折点几乎发生在观察到 TC f转换点的相同温度区域，表明晶格中的微观振动隔膜的宏观振荡自然是由不同温度下材料内部的残余应变介导的。
更新日期：2022-06-21
中文翻译：
在高达 600 °C 的高温环境下工作的 AlScN-on-SiC 薄膜微机械谐振换能器
报道了在高达 600 °C 的高温环境下工作的氮化铝钪 (AlScN)-on-on-cubic 碳化硅 (SiC) 异质结构薄膜微机械谐振换能器的实验演示。通过结合超灵敏激光干涉技术和拉曼光谱来研究宏观和微观振动。 在室温至 200 °C 的温度范围内，谐振频率的平均线性温度系数 (TC f ) <1 ppm °C -1 ，平均线性 TC f为 -16 ppm °C -1在 200 和 600 °C 之间，从厚度为 1.9 µm、直径为 250 µm 的 AlScN/SiC 圆形隔膜谐振器的基模谐振中获得。高阶模式表现出更大的 TC f，这使其成为耐高温温度传感器或紫外线探测器的有力候选者。拉曼光谱表明 3C-SiC 和 AlScN 的纵向光学声子模式的峰值位置的转折点几乎发生在观察到 TC f转换点的相同温度区域，表明晶格中的微观振动隔膜的宏观振荡自然是由不同温度下材料内部的残余应变介导的。
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