在2023年12月于舊金山舉行的IEEE國際電子器件大會(huì)（IEDM）上，名古屋大學(xué)的研究人員介紹了一種基于氮化鋁合金的二極管制造方法，這種二極管每厘米能夠承受7.3兆伏的電場，大約是碳化硅或氮化鎵的2倍。值得注意的是，這種器件傳導(dǎo)電流的電阻非常低。

在半導(dǎo)體領(lǐng)域的應(yīng)用

基板材料和封裝材料

隨著微電子及半導(dǎo)體技術(shù)的蓬勃發(fā)展，目前功率半導(dǎo)體器件需要同時(shí)具備高電壓、大電流、大功率密度、小尺寸等特點(diǎn)，電子基板熱流密度大幅增加，保持設(shè)備內(nèi)部穩(wěn)定的運(yùn)行環(huán)境成為需要重點(diǎn)關(guān)注的技術(shù)問題。為此功率集成電路中的基板材料必須要同時(shí)具有良好的機(jī)械可靠性以及較高的熱導(dǎo)率。

目前，封裝基板材料主要采用氧化鋁陶瓷或高分子材料，但隨著對電子零件的承載基板的要求越來越嚴(yán)格，它們的熱導(dǎo)率并不能滿足行業(yè)的需求，而AlN陶瓷因具有熱導(dǎo)率高、熱膨脹系數(shù)與硅接近、機(jī)械強(qiáng)度高、化學(xué)穩(wěn)定性好及環(huán)保無毒等特性，被認(rèn)為是新一代散熱基板和電子器件封裝的理想材料。

晶圓加工用靜電吸盤

氮化鋁陶瓷靜電吸盤的優(yōu)勢在于：可以通過控制其體積電阻率，獲得大范圍的溫度域和充分的吸附力，靜電吸盤可通過自由度高的加熱器設(shè)計(jì)可以實(shí)現(xiàn)良好的溫度均勻性；氮化鋁通過一體共燒成型，不會(huì)出現(xiàn)因電極的劣化造成歷時(shí)變化，最大限度的保障產(chǎn)品質(zhì)量；在等離子鹵素真空氣氛環(huán)境下能持久運(yùn)行，以承受半導(dǎo)體及微電子最苛刻的制程環(huán)境，還可提供穩(wěn)定的吸附力和溫度控制。據(jù)聞，氮化鋁在半導(dǎo)體領(lǐng)域的應(yīng)用在國外已成為氮化鋁陶瓷的主要市場，最高端的靜電吸盤甚至可以賣到幾十萬到上百萬人民幣，非?！拔稹?。

襯底材料

氮化鋁晶體是GaN、AlGaN以及AlN外延材料的理想襯底。與藍(lán)寶石或SiC襯底相比，AlN與GaN熱匹配和化學(xué)兼容性更高、襯底與外延層之間的應(yīng)力更小。因此，AlN晶體作為GaN外延襯底時(shí)可大幅度降低器件中的缺陷密度，提高器件的性能，在制備高溫、高頻、高功率電子器件方面有很好的應(yīng)用前景。

薄膜材料

由于氮化鋁帶隙寬、極化強(qiáng)，禁帶寬度為6.2eV，其制備的氮化鋁薄膜材料具有很多優(yōu)異的物理化學(xué)性質(zhì)，如高的擊穿場強(qiáng)、高熱導(dǎo)率、高電阻率、高化學(xué)和熱穩(wěn)定性以及良好的光學(xué)及力學(xué)性能，被廣泛應(yīng)用作為電子器件和集成電路的封裝中隔離介質(zhì)和絕緣材料。

高質(zhì)量的氮化鋁薄膜還具有極高的超聲傳輸速度、較小的聲波損耗、相當(dāng)大的壓電耦合常數(shù)，與Si、GaAs相近的熱膨脹系數(shù)等特點(diǎn)，獨(dú)特的性質(zhì)使它在機(jī)械、微電子、光學(xué)以及電子元器件、聲表面波器件制造和高頻寬帶通信等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。