电子展|新型半导体材料 - AlYN器件实现更节能的电子产品

 弗劳恩霍夫应用固态物理研究所IAF的研究人员在半导体材料领域取得了突破：他们利用氮化钇铝（AlYN） 成功使用MOCVD工艺生产和表征了一种前景光明的新型半导体材料。由于其优异的材料性能和对氮化镓（GaN）的适配性，AlYN在信息和通信技术的节能高频和高功率电子产品中具有巨大的应用潜力。

AlYN 已经引起了全球各种研究小组的兴趣。然而，到目前为止，这种材料的生长一直是一个重大挑战。到目前为止，只能使用磁控溅射方法沉积AlYN。另一方面，Fraunhofer IAF的研究人员使用MOCVD技术（金属有机化学气相沉积）生产了它。

“我们的研究标志着新半导体结构开发的一个里程碑。AlYN是一种能够提高性能同时大限度地降低能耗的材料，因此可以为我们的数字网络社会和不断增长的技术需求迫切需要的电子创新铺平道路，“Fraunhofer IAF 外延领域的科学家 Stefano Leone 博士说。

AlYN可以成为未来技术创新的关键材料。电子展了解到，研究已经证明了AlYN的材料特性，例如铁电性。在开发新型化合物半导体时，弗劳恩霍夫IAF的研究人员主要关注其对氮化镓（GaN）的适配性：AlYN的晶格结构可以适应 GaN，而AlYN/GaN异质结构有望为面向未来的电子产品的发展带来显著优势。

从层到异质结构

2023年，弗劳恩霍夫IAF的研究小组第一次成功沉积了600nm厚的AlYN层，取得了突破性的成果。具有纤锌矿结构的层含有前所未有的超过30%的钇浓度。现在，研究人员又取得了一项突破：他们生产出了具有精确可调钇浓度的 AlYN/GaN异质结构，其特点是出色的结构质量和电性能。这种新型异质结构的钇浓度高达16%。在Lutz Kirste博士的领导下，结构分析小组正在进行进一步的详细分析，以加深对AlYN结构和化学性质的理解。

电子展了解到，研究人员已经能够测量AlYN有前途的电特性，这些特性对电子元件的使用很有用。“我们能够观察到令人印象深刻的薄膜电阻、电子密度和电子迁移率值。这些结果向我们展示了AlYN在高频和高功率电子产品方面的潜力，“Stefano Leone 报告说。

用于高频应用的AlYN/GaN异质结构

由于其纤锌矿晶体结构，如果成分合适，AlYN可以很好地适应氮化镓的纤锌矿结构。AlYN/GaN异质结构有望开发具有更高性能和可靠性的半导体器件。此外，AlYN具有在异质结构中诱导二维电子气（2DEG）的能力。电子展了解到，Fraunhofer IAF的研究结果表明，在钇浓度约为2%时，AlYN/GaN异质结构具有2DEG 性能。

材料表征结果还表明，AlYN可用于具有高电子迁移率（HEMT）的晶体管。研究人员观察到低温下的电子迁移率显着增加（3000K时超过2cm7/Vs）。该团队在演示制造所需的外延异质结构方面已经取得了重大进展，并继续探索新半导体，以期制造 HEMT。

研究人员还大胆地对工业应用做出积极的预测：在4英寸SiC衬底上生长的 AlYN/GaN异质结构的情况下，他们能够证明异质结构的可扩展性和结构均匀性。在商用MOCVD反应器中成功生产AlYN层后，可以在更大的MOCVD 反应器中放大到更大的衬底。这种方法被认为是生产大面积半导体结构高效的方法，并突出了AlYN在半导体器件大规模生产方面的潜力。

文章来源：星辰工业电子简讯