中國電子元件行業(yè)協(xié)會(huì )
China Electronic Components Association
氮化鎵電子遷移晶體管（GaN HEMT）是一種高頻率低噪聲的場(chǎng)效應晶體管（FETs）。因此，其在高功率高頻率場(chǎng)景（諸如，高速無(wú)線(xiàn)通信、功率開(kāi)關(guān)設備和功率放大器）中得到了廣泛應用。電子遷移晶體管的原理在于利用異質(zhì)結構，即兩種不同半導體材料（通常為氮化鎵和鋁氮化鎵（AlGaN））之間形成的結果。該結構形成稱(chēng)為二維電子氣（2DEG）的狹窄區域，電子在該區域內具有極高的遷移率，從而實(shí)現了的高頻性能。
鈧鋁氮化物作為一種能夠進(jìn)一步提升氮化鎵電子遷移晶體管性能的新型屏障材料而備受關(guān)注。鈧鋁氮化物展現出較高極性，增加了二維電子氣區域中的電子密度。此外，鈧鋁氮化物的鐵電性質(zhì)使得其同時(shí)適合作為鐵電場(chǎng)效應晶體管中的鐵柵極材料。這種柵極能夠實(shí)現對二維電子氣區域的動(dòng)態(tài)控制，為氮化鎵基器件功能的多樣化提供了潛力。在氮化鎵上生長(cháng)鈧鋁氮化物層的傳統方法需要復雜的技術(shù)和高溫。相比之下，濺射是一種有前途的替代工藝，設備配置簡(jiǎn)單并且處理溫度較低。然而，使用濺射工藝在氮化鎵上生長(cháng)鈧鋁氮化物的研究仍然有限，生長(cháng)溫度對電學(xué)性能和結構性能的影響尚不明確。
在日本東京科學(xué)大學(xué)（TUS）材料科學(xué)與技術(shù)系副教授A(yíng)tsushi Kobayashi領(lǐng)導的研究團隊近期開(kāi)展的一項研究中，研究人員成功利用濺射工藝在氮化鎵/鋁氮化鎵異質(zhì)結構上生長(cháng)出了鈧鋁氮化物薄膜，并探討了生長(cháng)溫度對鈧鋁氮化物能的影響。Atsushi Kobayashi 教授解釋道：“與昂貴且復雜的沉積技術(shù)相比，廣泛應用于電子制造的濺射技術(shù)能夠實(shí)現鈧鋁氮化物薄膜的低成本大規模生產(chǎn)，大幅降低高性能器件的獲取難度”。相關(guān)研究成果已于2025年8月7日發(fā)表于《APL Materials》期刊。
研究人員通過(guò)濺射工藝，在不同溫度下，在氮化鎵/鋁氮化鎵異質(zhì)結構上外延生長(cháng)了含10%鈧的鈧鋁氮化物薄膜。隨后，利用原子顯微鏡（AFM）和高能電子衍射技術(shù)對薄膜結構進(jìn)行了分析。分析結果顯示，即使在低至250°C的溫度下也能成功實(shí)現生長(cháng)，且薄膜表面的平整度隨溫度的升高而改善。值得注意的是，在750°C下生長(cháng)的樣品中能夠觀(guān)察到明顯的階梯式表面結構，這表明其結構質(zhì)量較高。
Atsushi Kobayashi 教授強調：”本研究的發(fā)現突顯了生長(cháng)條件在鈧鋁氮化物薄膜的濺射外延中的關(guān)鍵作用。更重要的是，研究證明了濺射工藝能夠在氮化鎵上生長(cháng)高質(zhì)量鈧鋁氮化物層，為氮化鎵電子遷移晶體管的商業(yè)化提供了切實(shí)可行的路徑。這種晶體管有廣泛地應用范圍，是開(kāi)發(fā)高效節能設備（包括電動(dòng)汽車(chē)、航天器）的關(guān)鍵，進(jìn)而推動(dòng)可持續發(fā)展的未來(lái)?！?/p>
來(lái)源：everything RF
