NTT利用氮化鋁,開發出世界首例場效電晶體

 

刊登日期:2022/5/24
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日本NTT物性科學基礎研究所利用以有機金屬化學氣相沉積法(MOCVD)製作的氮化鋁(AlN),開發了一項場效電晶體(FET)。AlN電晶體的電流-電壓特性呈現出歐姆特性所形成的良好線性電流與極小的漏電流,對於功率裝置相當重要的崩潰電壓也高達1.7 kV。

此外,NTT也已確認AlN電晶體在高溫下仍可穩定運作。有別於既有半導體材料,AlN電晶體在高溫條件下性能有所提升,在500°C時電流增加至室溫狀態時的100倍,且即使在500°C環境下,漏電流也控制在極小數值的10-8 A/mm,也因此AlN電晶體在500°C時呈現出超過106的高On/Off電流。

此項研發共有3大技術重點,第一點是高品質AlN製作技術。由於可在高溫下生產AlN結晶,並透過獨特MOCVD技術開發,降低了AlN結晶中殘留雜質與結晶缺陷的密度,進而實現了具有世界最高電子遷移率之高品質n型傳導性AlN半導體。

第2項技術重點則是具有良好歐姆特性之電極形成技術。AlN與金屬的能量障壁較大,故難以形成歐姆接觸(Ohmic Contact)。因此在AlN上形成Al組成逐漸減少的組成傾斜AlGaN層,以有助於形成歐姆接觸的低Al組成AlGaN取代AlN,使其與金屬接觸,進而成功地獲得良好的歐姆特性。

第3項重點是實現了理想的肖特基特性(Schottky Characteristics)。除了金屬材料類型之外,肖特基特性也會受到半導體結晶品質、金屬與半導體的界面狀態、歐姆電極側的接觸電阻等因素影響。NTT則透過上述良好歐姆特性之電極形成技術以及良好歐姆特性之電極形成技術,進而獲得具有良好整流性之肖特基特性。

今後NTT將透過形成異質結合(Hetero-junction)進一步改善特性,並推動高溫條件下元件動作物理特性的解析,未來可望有助於推動AlN半導體應用於超低損耗/高耐壓功率元件、耐環境元件等用途開發。


資料來源: https://group.ntt/jp/newsrelease/2022/04/22/220422a.html
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