氮化铝：新一代功率半导体

在2023年12月于旧金山举行的IEEE国际电子器件大会（IEDM）上，名古屋大学的研究人员介绍了一种基于氮化铝合金的二极管制造方法，这种二极管每厘米能够承受7.3兆伏的电场，大约是碳化硅或氮化镓的2倍。值得注意的是，这种器件传导电流的电阻非常低。

在半导体领域的应用

基板材料和封装材料

随着微电子及半导体技术的蓬勃发展，目前功率半导体器件需要同时具备高电压、大电流、大功率密度、小尺寸等特点，电子基板热流密度大幅增加，保持设备内部稳定的运行环境成为需要重点关注的技术问题。为此功率集成电路中的基板材料必须要同时具有良好的机械可靠性以及较高的热导率。

目前，封装基板材料主要采用氧化铝陶瓷或高分子材料，但随着对电子零件的承载基板的要求越来越严格，它们的热导率并不能满足行业的需求，而AlN陶瓷因具有热导率高、热膨胀系数与硅接近、机械强度高、化学稳定性好及环保无毒等特性，被认为是新一代散热基板和电子器件封装的理想材料。

晶圆加工用静电吸盘

氮化铝陶瓷静电吸盘的优势在于：可以通过控制其体积电阻率，获得大范围的温度域和充分的吸附力，静电吸盘可通过自由度高的加热器设计可以实现良好的温度均匀性；氮化铝通过一体共烧成型，不会出现因电极的劣化造成历时变化，最大限度的保障产品质量；在等离子卤素真空气氛环境下能持久运行，以承受半导体及微电子最苛刻的制程环境，还可提供稳定的吸附力和温度控制。据闻，氮化铝在半导体领域的应用在国外已成为氮化铝陶瓷的主要市场，最高端的静电吸盘甚至可以卖到几十万到上百万人民币，非常“吸金”。

衬底材料

氮化铝晶体是GaN、AlGaN以及AlN外延材料的理想衬底。与蓝宝石或SiC衬底相比，AlN与GaN热匹配和化学兼容性更高、衬底与外延层之间的应力更小。因此，AlN晶体作为GaN外延衬底时可大幅度降低器件中的缺陷密度，提高器件的性能，在制备高温、高频、高功率电子器件方面有很好的应用前景。

薄膜材料

由于氮化铝带隙宽、极化强，禁带宽度为6.2eV，其制备的氮化铝薄膜材料具有很多优异的物理化学性质，如高的击穿场强、高热导率、高电阻率、高化学和热稳定性以及良好的光学及力学性能，被广泛应用作为电子器件和集成电路的封装中隔离介质和绝缘材料。

高质量的氮化铝薄膜还具有极高的超声传输速度、较小的声波损耗、相当大的压电耦合常数，与Si、GaAs相近的热膨胀系数等特点，独特的性质使它在机械、微电子、光学以及电子元器件、声表面波器件制造和高频宽带通信等领域有着广阔的应用前景。