Алуминиевият нитрид е полупроводникът на бъдещето, превъзхождащ традиционните материали

Топлопроводимостта, съпротивлението и здравината превръщат AlN в новия лидер в електрониката.

През последното десетилетие едно от най-значимите събития в света на полупроводниците е, че силициевият карбид (SiC) и галиевият нитрид (GaN) изпреварват традиционния силиций в сегмента на силовата електроника. Те бързо завладяват многомилиардни пазарни дялове. Тези материали, с техните превъзходни характеристики, повдигнаха въпроси за бъдещето на SiC и GaN: кой ще бъде следващият ключов полупроводник?

Сега вниманието на учените е насочено към три претендента: галиевия оксид, диаманта и алуминиевия нитрид (AlN). Всички тези материали притежават както изключителни качества, така и недостатъци, които възпрепятстват тяхната търговска реализация. Перспективите за AlN обаче значително се подобриха с разработката на Университета в Нагоя, Япония, представена на Международната среща на IEEE за електронни устройства в Сан Франциско.

Едно от ключовите предимства на AlN е неговата широка разделителна ивица. Например, AlN има лентова забранена зона (bandgap) от 6,20 електронволта в сравнение с 3,40 за GaN и 3,26 за SiC. Това означава, че материалът може да издържа на изключително силни електрически полета, преди да настъпи повреда на транзистора.

Основният проблем с AlN е неговото легиране. Това е въвеждането на примеси за създаване на излишък от заряди. Но вече са разработени стратегии за химическо легиране на AlN, което значително разширява потенциала му. Интерес представлява и методът за легиране, който не изисква химически примеси и при който се използва двуизмерен електронен газ.

Университетът в Нагоя наскоро създаде диод, базиран на сплав AlGaN, способен да издържа на електрическо поле от 7,3 мегаволта на сантиметър – около два пъти повече от това на SiC или GaN. Диодът също така показва много ниско съпротивление при провеждане на тока. Теоретично максималното електрическо поле за AlN устройство е около 15 мегаволта на сантиметър, а топлопроводимостта на чистия алуминиев нитрид е много висока – 320 вата на метър-келвин (топлопроводимостта на AlGaN сплавта е по-малко от 50 вата на метър-келвин).