新型半导体材料 AlYN有望带来更节能、更强大的电子产品

由于其出色的材料性能以及对氮化镓（GaN）的适应性，AlYN在能源高效的高频和高性能电子器件领域具有巨大的运用潜力，这些电子器件用于信息和通信技能。

铝钇氮化物（AlYN）因其精彩的材料性能吸引了环球许多研究小组的关注。
然而，该材料的制备一贯是一个紧张寻衅。
直到现在，AlYN只能通过磁控溅射沉积。

弗劳恩霍夫运用固体物理研究所IAF的研究职员现在已成功利用金属有机化学气相沉积（MOCVD）技能制备这种新材料，从而为开拓新的、多样化的运用铺平了道路。

“我们的研究代表了新半导体构造发展的一个里程碑。
AlYN是一种能够在提高性能的同时最小化能耗的材料，为我们数字连接的社会及其不断增长的技能需求急迫须要的电子创新铺平了道路，”弗劳恩霍夫IAF的科学家Stefano Leone博士说。

凭借其有希望的材料性能，AlYN可能成为未来技能创新的关键材料。

近期的研究已经展示了AlYN的材料性能，如铁电性。
在开拓新的化合物半导体时，弗劳恩霍夫IAF的研究职员紧张关注其对氮化镓（GaN）的适应性：AlYN的晶格构造可以最佳地适应GaN，而且AlYN/GaN异质构造为开拓未来导向的电子产品带来了显著上风。

从单层到异质构造

2023年，弗劳恩霍夫IAF研究小组取得了打破性成果，首次成功沉积了600纳米厚的AlYN层。
该层具有前所未有的钇浓度超过30%的纤锌矿构造。

现在，研究职员又取得了另一个打破：他们制备了具有精确可调钇浓度的AlYN/GaN异质构造，这些构造以其卓越的构造质量和电学性能为特点。
这些新型异质构造的钇浓度高达16%。
这项研究揭橥在《APL Materials》期刊上。

由Lutz Kirste博士领导的构造剖析小组连续进行详细剖析，以进一步理解AlYN的构造和化学性能。

弗劳恩霍夫研究职员已经丈量到了AlYN非常有前景的电学性能，这些性能对付电子组件的利用非常有趣。
“我们不雅观察到了令人印象深刻的片电阻、电子密度和电子迁移率值。
这些结果向我们展示了AlYN在高频和高性能电子领域的潜力，”Leone报告说。

AlYN/GaN异质构造用于高频运用

由于其纤锌矿晶体构造，AlYN可以通过得当的组成非常好地适应氮化镓的纤锌矿构造。
AlYN/GaN异质构造有望使开拓性能和可靠性更高的半导体组件成为可能。

此外，AlYN能够在异质构造中勾引二维电子气（2DEG）。
弗劳恩霍夫IAF的最新研究结果显示，在约8%的钇浓度下，AlYN/GaN异质构造展现出最优的2DEG性能。

材料表征结果还表明，AlYN可用于高电子迁移率晶体管（HEMTs）。
研究职员在低温下不雅观察到电子迁移率的显著增加（7 K时超过3000 cm/Vs）。
该团队已经在演示所需的外延异质构造方面取得了重大进展，并连续探索新型半导体用于HEMTs的开拓。

研究职员对工业运用也持乐不雅观态度：他们利用成长在4英寸SiC衬底上的AlYN/GaN异质构造，证明了异质构造的可扩展性和构造均匀性。
在商业MOCVD反应器中成功创建AlYN层使得能够扩展到更大的衬底和更大的MOCVD反应器中。

这种方法被认为是生产大面积半导体构造最有效的方法，并凸显了AlYN在大批量生产半导体器件方面的潜力。

非易失落性存储器的发展

由于其铁电性能，AlYN非常适宜于非易失落性存储运用的开拓。
另一个主要优点是材料没有层厚度的限定。
因此，弗劳恩霍夫IAF的研究团队鼓励进一步研究AlYN层用于非易失落性存储器的性能，由于基于AlYN的存储器可以推动可持续和节能的数据存储办理方案。

这对付必须应对人工智能打算能力呈指数增长和显著更高能源花费的数据中央尤其干系。

氧化的寻衅

AlYN的一个紧张障碍是其易于氧化，这影响了其在某些电子运用中的适用性。

“未来，探索减少或战胜氧化的策略将很主要。
开拓高纯度前体、利用保护涂层或创新制造技能可能会对此有所帮助。

“AlYN的氧化敏感性是一个主要的研究寻衅，以确保研究事情集中在最有成功机会的领域，”Leone总结道。