氮化镓（GaN），作为第三代半导体材料的璀璨新星，近年来在科技界崭露头角，其独特的物理性能——包括极高的击穿电场强度、出色的热传导效率、惊人的电子饱和迁移率以及卓越的抗辐射能力，正逐步引领半导体功率器件领域迈向新的高度。这些卓越特性使得GaN在行业内备受瞩目，被视为推动未来电力电子、无线通信、新能源汽车及高效能源转换等领域技术革新的关键力量。然而，目前GaN高电子迁移率晶体管（HEMTs）的输出功率密度进一步提高受到热限制，主要因为在器件沟道层运行时产生过多无效的热量。为了确保在高输出功率下实现可靠且持久的运行，必须改进GaN HEMTs的热管理措施。

康乃尔大学基于氮化铝（AlN）单晶衬底实现高漏极电流密度及击穿电场强度AlN/GaN/AlN HEMT器件

为此，康乃尔大学通过在单晶AlN衬底上同质外延生长了AlN缓冲层得到AlN/GaN/AlN 器件。基于异质结构中的超宽带隙（约6.1 eV）以及高热导率（340 W/m·K），进一步提升了热性能，使生长界面的热边界阻力消除成为可能。

康奈尔大学基于AlN单晶衬底实现的AlN/GaN/AlN HEMT器件，通过优化器件结构和制备工艺，显著提升了漏极电流密度和击穿电场强度，为半导体材料与器件领域的发展做出了重要贡献。这一研究成果不仅推动了GaN基HEMTs技术的进一步发展，也为相关应用领域的性能提升提供了有力支持。（DOI: 10.1109/DRC61706.2024.10605544）

氮化铝钇 (AlYN)，作为一种新型半导体，在最近的研究中已经证实了 AlYN 的铁电性等特性。并且科学家认为，它有望为信息和通信技术提供节能、高频和高性能的电子产品。弗劳恩霍夫 IAF 外延部门的科学家 Stefano Leone 博士认为 AlYN 可能成为未来技术创新的关键材料。并表示，“AlYN 是一种能够提高性能同时最大限度降低能耗的材料，从而为电子创新铺平了道路，而这正是我们这个数字化网络社会和不断增长的技术需求所迫切需要的，我们的研究标志着新型半导体结构开发的一个里程碑。” 然而，迄今为止，科学家们主要依赖于溅射工艺来沉积AlYN薄膜，AlYN的制造一直是一大挑战。

弗劳恩霍夫 IAF 的研究人员在半导体材料领域取得了突破：利用 MOCVD 工艺成功制造并表征了氮化铝钇 (AlYN)

近日，弗劳恩霍夫应用固体物理研究所 (IAF) 的研究团队成功在 4 英寸 SiC 基板上采用低成本的MOCVD 工艺 (金属有机化学气相沉积) 外延生长出了 AlYN/GaN 异质结构。据研究人员称，AlYN 的晶格结构可以最佳地适应 GaN 的晶格结构，而 AlYN/GaN 异质结构有望为前瞻性电子产品的开发带来显著优势，这为开发新的、更多样化的电子产品应用提供了可能。

此外，AlYN 还能够在异质结构中诱导二维电子气 (2DEG)，弗劳恩霍夫 IAF 的最新研究结果表明，钇浓度约为 8% 的 AlYN/GaN 异质结构具有最佳的 2DEG 特性。材料表征结果还表明，AlYN 可用于高电子迁移率晶体管 (HEMT)，其在低温下电子迁移率显著增加（7 K 时超过 3000 cm²/Vs）。

目前该团队已经在展示外延方面取得了重大进展，并继续探索用于HEMT开发的新型半导体。并且由于其铁电特性，AlYN 非常适合开发非挥发性存储器应用。另一个重要优势是该材料对层厚度没有限制。因此，弗劳恩霍夫 IAF 研究团队鼓励进一步研究非挥发性存储器的 AlYN 层特性，鉴于AlYN基存储器在促进可持续且能效卓越的数据存储方案方面的潜力，这一研究尤为关键。特别是对于数据中心而言，其正面临着管理人工智能计算能力呈指数级增长所带来的巨大挑战，同时能源消耗也显著攀升。因此，基于AlYN的存储技术有望成为解决数据中心能耗难题、推动绿色数据存储发展的重要途径。（DOI: 10.1063/5.0203156）