NTT在全球首次應答了氮化鋁（AlN）電晶體的正常工作。該公司開發出了採用有機金屬化學氣相沉積法（MOCVD）的高品質AlN半導體製作技術，以及具有良好的歐姆特性和肖特基特性的電極製作技術，並透過這些基礎技術獲得了此次的成果。另外NTT還應答，新開發的電晶體可以在500℃的高溫下工作。超寬能隙半導體AlN的介電崩潰電場大，是有助於功率器件實施超低損耗的材料。電晶體作爲半導體功率器件被廣泛應用於家電、電動車和工業設備等的功率轉換，降低其損耗有助於削減能量消耗，是實施碳中和的重要成果。
圖1：各種半導體材料的固有導電的電阻率和介電崩潰電壓的性能指數。（供圖：NTT）
功率器件的半導體材料目前主要使用硅（Si），半導體材料採用介電崩潰電場較大的寬能隙半導體有望降低功率器件的損耗及提高耐壓。因此，目前正在開發採用碳化硅（SiC）和氮化鎵（GaN）等寬能隙半導體的功率器件。
如果能採用介電崩潰電場比上述材料更大的超寬能隙半導體，就有望進一步提高功率器件的性能。這種超寬能隙半導體有AlN、金剛石和氧化鎵（Ga2O3）。
其中，從理論上預測，如果能採用在半導體中最大介電崩潰電場的AlN製作功率器件，可將電力損耗降至Si的5％以下、SiC的35％以下和GaN的50％以下。
AlN自一個多世紀前被合成以來一直作爲絕緣體使用。2002年全球首次實施AlN半導體化的就是NTT，開拓了AlN作爲半導體元件應用的可能性。
在超寬能隙半導體中，AlN具有可在適合工業用途的大面積晶圓上製作，以及透過與GaN形成異質接面可製作多種元件結構等優點。然而，此前關於AlN功率器件的報告較少，也沒有關於其特性的有名報告。
此次，NTT利用透過MOCVD法制作的高品質AlN半導體，成功運行了具有優異特性的電晶體。關於其電流-電壓特性，在歐姆特性的作用下表現出線性良好的電流擧升和極小的漏電流。作爲功率器件的性能非常重要的介電崩潰電壓也實施了1.7kV的高值。
此外研究還發現，AlN電晶體在高溫下也能穩定工作。與以往的半導體材料不同，AlN電晶體在高溫下性能會提高，在500℃的溫度下電流約增至室溫的100倍。
另外，即使在相同的溫度下，漏電流也非常小，只有10-8A/mm。由此，AlN電晶體即使在500℃的溫度下也表現出超過106的高開關電流比。
未來，NTT的目標是將AlN半導體應用於超低損耗和高耐壓功率器件以及耐環境器件，透過形成異質接面進一步提高其特性，並闡明器件在高溫下的工作原理。
【論文資訊】
期刊名稱：IEEE Electron Device Letters
論文題目：High-Temperature Performance of AlN MESFETs With Epitaxially Grown n-Type AlN Channel Layers
DOI：10.1109/LED.2022.3141100
原文：《科學新聞》
翻譯編輯：JST客觀日本編輯部
