AlN（氮化鋁）比SiC（碳化硅）和GaN（氮化鎵）具有更低的損耗和更高的耐壓。

近日，一家日本公司（NTT）表示，他們使用AlN（氮化鋁）成功實(shí)現(xiàn)晶體管操作，這使AIN有望成為超越SiC（碳化硅）和GaN（氮化鎵）的下一代功率半導(dǎo)體材料。AlN與氧化鎵和金剛石一起被稱為超寬帶隙半導(dǎo)體，據(jù)說(shuō)這是全球首個(gè)成功實(shí)現(xiàn)將其用作功率半導(dǎo)體所需的晶體管操作。

每種半導(dǎo)體材料的電阻率和擊穿電壓性能指標(biāo)

在物理性能方面，AIN比碳化硅（SiC）和氮化鎵（GaN）具有更小的損耗和更高的耐壓，因此可以形成高壓高效的電源電路。AlN具有6.0eV的“帶隙”，即導(dǎo)帶和價(jià)帶之間的能量差，與硅(Si)的1.1eV、SiC的3.26eV和GaN的3.4eV相比，這是非常大的。因此，它與金剛石半導(dǎo)體一起被算作“超寬帶隙半導(dǎo)體”之一。

由于帶隙大，介電擊穿電場(chǎng)強(qiáng)度也高。如果能制造出功率器件，理論上功率損耗可以降低到SiC或GaN的一半以下。

高質(zhì)量AlN半導(dǎo)體晶體管的電壓源與電流源特性呈上升趨勢(shì)和由于歐姆特性導(dǎo)致的極小的漏電流。此外，作為功率半導(dǎo)體穩(wěn)壓值也達(dá)到了1.7kv。

AIN晶體管示意圖

此外，還明確了AlN晶體管即使在高溫下也能穩(wěn)定工作。與傳統(tǒng)的半導(dǎo)體材料不同，AlN晶體管在高溫下的性能有所提高，在500℃時(shí)電流增加了100倍左右。此外，即使在500°C時(shí)，漏電流也可以被抑制到10-8A/mm的非常低的水平。

有三個(gè)技術(shù)點(diǎn)導(dǎo)致了這一成就。首先是高質(zhì)量的AlN制造技術(shù)，通過(guò)開(kāi)發(fā)獨(dú)特的MOCVD技術(shù)，設(shè)計(jì)了一種原料氣體供應(yīng)方法，從而可以在高溫下制造AlN晶體，開(kāi)發(fā)了AlN晶體中殘留的雜質(zhì)和晶體，降低了缺陷密度。最后實(shí)現(xiàn)了具有世界上最高電子遷移率的高質(zhì)量n型導(dǎo)電AlN半導(dǎo)體。

二是具有良好歐姆特性的電極形成技術(shù)。由于AlN與用作電極的金屬材料具有較大的能量勢(shì)壘，因此難以形成歐姆接觸。因此，成功地通過(guò)在AlN上形成逐漸減少了Al組成的傾斜AlGaN層，并通過(guò)使易于形成歐姆接觸的低Al組成的AlGaN與金屬接觸來(lái)獲得良好的歐姆特性。

三是實(shí)現(xiàn)理想的快捷鍵特性。肖特基特性除了金屬材料的種類外，還受半導(dǎo)體的結(jié)晶質(zhì)量、金屬與半導(dǎo)體的界面、歐姆電極側(cè)的接觸電阻等因素的影響。如上所述，NTT 實(shí)現(xiàn)了高質(zhì)量的 AlN 和良好的歐姆接觸，從而產(chǎn)生具有良好整流效應(yīng)的肖特基特性。

審核編輯 ：李倩