使用AlN 氮化铝成功实现晶体管操作

AlN(氮化铝)比SiC(碳化硅)和GaN(氮化镓)损耗更低，耐压更高。

最近，日本一家公司(NTT)表示，他们利用AlN(氮化铝)成功实现了晶体管操作，这使得AlN有望成为超越SiC(碳化硅)和GaN(氮化镓)的下一代功率半导体材料。它和AlN氧化镓、金刚石一起被称为超宽带隙半导体，据说是世界上第一个成功实现用作功率半导体的晶体管操作。

每种半导体材料的电阻率和击穿电压性能指标

在物理性能上，AIN比碳化硅(SiC)和氮化镓(GaN)损耗更小，耐压更高，因此可以形成高压高效的电源电路。AlN有一个带隙6.0eV的，也就是导带和价带的能量差，这与硅(Si)的1.1eV，SiC的3.26eV，GaN的3.4eV相比是非常大的。因此，它被算作超宽带隙半导体以及钻石半导体。

由于带隙大，介质击穿电场强度也高。如果能制造出功率器件，理论上功率损耗可以降到SiC或GaN的一半以下。

高质量AlN半导体晶体管的电压源和电流源特性呈上升趋势，欧姆特性导致的漏电流极小。此外，功率半导体稳压值也达到了1.7kv

AIN晶体管示意图

另外，很明显AlN晶体管即使在高温下也能稳定工作。与传统半导体材料不同的是，AlN晶体管在高温下性能提高，500下的电流提高了约100倍。此外，即使在500C时，漏电流也可以抑制到10-8 A/mm的极低水平。

有三个技术要点导致了这一成就。首先是高品质的AlN制造技术。通过开发独特的MOCVD技术，设计了原料气体供应方式，可以在高温下制造AlN晶体，并使AlN晶体中残留的杂质和晶体得到显影，从而降低缺陷密度。最终实现了世界上电子迁移率最高的高质量N型导电AlN半导体。

二是具有良好欧姆特性的电极形成技术。因为AlN与用作电极的金属材料具有较大的能垒，所以难以形成欧姆接触。因此，成功地在AlN上形成了Al成分逐渐减少的倾斜AlGaN层，并使易于形成欧姆接触的低Al成分的AlGaN与金属接触以获得良好的欧姆特性。

三是实现理想的快捷键功能。肖特基特性除了受金属材料种类的影响外，还受半导体晶体质量、金属与半导体界面、欧姆电极接触电阻等因素的影响。如上所述，NTT实现了高质量的AlN和良好的欧姆接触，产生了具有良好整流效果的肖特基特性。

编辑：李倩

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