東京大學大學院工學系研究科電氣系工學專攻前田拓也講師領導的研究團隊與日本電信電話公司（NTT）于2024年12月宣布，成功制備出基于氮化鋁（AlN）半導體的肖特基勢壘二極管（SBD），并揭示了其電流輸運機制。未來，雙方將致力于實現基于AlN的低損耗功率半導體器件。

左為AlN SBD的光學顯微照片，右為器件結構剖面圖

氮化鋁（AlN）是一種擁有6.0eV寬禁帶能量的超寬禁帶半導體材料，具有巨大的應用潛力。基于AlN的功率半導體器件可大幅減少電動汽車（EV）在電機驅動和充電過程中的電力損耗。然而，實現功率轉換需要同時具備晶體管與二極管。此前，NTT已成功研發AlN晶體管，但在二極管領域尚未取得突破。

此次，NTT通過開發低電阻歐姆接觸電極形成技術和低泄漏電流肖特基電極技術，成功制備出接近理想電流-電壓特性的AlN系SBD。具體而言，團隊改進了AlN晶體管制造中使用的Si摻雜鋁鎵氮（AlGaN）漸變層技術，將接觸電阻降低至傳統水平的十分之一以下。同時，通過優化干法刻蝕工藝，顯著減輕了AlN半導體的等離子體損傷，有效抑制了AlN與肖特基電極間的泄漏電流，實現了出色的整流性能。

東京大學對NTT開發的AlN系SBD進行了深入測試與分析，揭示出電流輸運機制是由隧穿效應引起的熱電子電場發射（TFE）。研究還首次明確了決定肖特基接觸特性的“勢壘高度”及其“溫度依賴性”，并指出在電容特性評價中使用極低頻（＜10Hz）的重要性。

測量 AlN 基 SBD 的電氣特性

通過理論計算，團隊證明了TFE產生的電流與實驗結果高度吻合，進一步確認了電流輸運機制。此外，研究還在室溫至300℃的寬溫度范圍內測量了電流-電壓特性，成功揭示了勢壘高度的溫度依賴關系，為AlN功率半導體器件的進一步開發奠定了基礎。

粉體圈Coco編譯