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）的下一代功率半導體材料。AlN與氧化鎵和金剛石一起被稱為超寬帶隙半導體，據(jù)說這是全球首個成功實現(xiàn)將其用作功率半導體所需的晶體管操作。

每種半導體材料的電阻率和擊穿電壓性能指標

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”，即導帶和價帶之間的能量差，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，它與金剛石半導體一起被算作“超寬帶隙半導體”之一。

由于帶隙大，介電擊穿電場強度也高。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半導體晶體管的電壓源與電流源特性呈上升趨勢和由于歐姆特性導致的極小的漏電流。此外，作為功率半導體穩(wěn)壓值也達到了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)的半導體材料不同，AlN晶體管在高溫下的性能有所提高，在500℃時電流增加了100倍左右。此外，即使在500°C時，漏電流也可以被抑制到10-8A/mm的非常低的水平。

有三個技術點導致了這一成就。首先是高質(zhì)量的AlN制造技術，通過開發(fā)獨特的MOCVD技術，設計了一種原料氣體供應方法，從而可以在高溫下制造AlN晶體，開發(fā)了AlN晶體中殘留的雜質(zhì)和晶體，降低了缺陷密度。最后實現(xiàn)了具有世界上最高電子遷移率的高質(zhì)量n型導電AlN半導體。

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

三是實現(xiàn)理想的快捷鍵特性。肖特基特性除了金屬材料的種類外，還受半導體的結晶質(zhì)量、金屬與半導體的界面、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的肖特基特性。

審核編輯 ：李倩