东京大学和NTT开发出降低电力损耗的新型半导体

东京大学和NTT的研究团队开发出了一种基于氮化铝（AlN）的半导体器件。AlN的性能优于碳化硅（SiC）和氮化镓（GaN）等，作为新一代半导体材料备受关注。研究团队计划将其应用于铁路、电力系统等高耐压环境，并推动其实际应用。

由氮化铝制成的功率半导体器件（供图：东京大学）

氮化铝与电极之间的电阻降至既往电阻的10分之1（供图：东京大学）

随着可再生能源和电动汽车（EV）的普及，能够调节电压和频率的“功率半导体”器件的需求日益增长。AlN半导体具有较高的“绝缘击穿电场”，理论上在使用过程中的电力损耗低于SiC和GaN，因此作为下一代功率半导体材料的有力候选而备受关注。

研究团队在AlN和电极之间安装了一层“氮化铝镓（AlGaN）”缓冲层。AlGaN兼具AlN和GaN的特性，其电极一侧更接近GaN的性质，而另一侧则逐渐趋近AlN的性质。这使得器件的电阻降低至原来的10分之1，并成功实现了“肖特基势垒二极管”（SBD）功率半导体器件的运行。

研究还揭示了这种器件的电学特性，东京大学讲师前田拓也表示：“该成果对 AlN 系半导体器件的发展具有重要贡献。”研究团队此次开发的器件采用适用于研究的“横向”结构，未来将推进开发更符合实用化需求的“纵向”结构器件。此外，AlN 与 GaN 具有相似的材料特性，也正在被用于深紫外半导体激光器的开发。

本研究由东京大学与 NTT 物性科学基础研究所共同完成，并于2024年12月在国际电子器件会议IEDM（International Electron Devices Meeting）上发表了有关成果。

原文：《日本经济新闻》、2025/01/28翻译：JST客观日本编辑部

【论文信息】发表学会：70th IEEE International Electron Devices Meeting（IEDM 2024）论文：Thermionic Field Emission in a Si-doped AlN SBD with a Graded n+-AlGaN Top Contact LayerURL：
https://static1.squarespace.com/static/607da9820de541322b95fc19/t/674797963d94900e355b676e/1732745120004/2024+IEDM+Program-Final.pdf