Skip to main content
main-content

07.11.2019 | Oberflächentechnik | Nachricht | Onlineartikel

Vielversprechendes Material für die Industrie: Aluminiumscandiumnitrid

Autor:
Nadine Winkelmann

Am Fraunhofer IAF ist es weltweit zum ersten Mal gelungen, Aluminiumscandiumnitrid (AlScN) per metallorganischer chemischer Gasphasenabscheidung herzustellen. Bauelemente auf der Basis von AlScN werden als die nächste Generation der Leistungselektronik angesehen.

Transistoren basierend auf dem Material Aluminiumscandiumnitrid (AlScN) gelten als vielversprechend für den Einsatz in industriellen Anwendungen wie der Datenübertragung, der Satellitenkommunikation sowie für Radarsysteme oder autonomes Fahren. Bauelemente auf der Basis von Silizium (Si) stoßen bei diesen Anwendungen zunehmend an ihre physikalischen Grenzen. So können Si-Bauelemente nicht mehr kleiner werden, als es der aktuelle Stand der Forschung zulässt. Müssten die immer weiter steigenden Datenmengen mit der aktuellen Si-Technologie verarbeitet werden, würden die Serverräume eine solch große Fläche einnehmen, die wirtschaftlich und ökologisch nicht vertretbar wäre.

Sogenannte HEMTs (high electron mobility transistors) übertreffen die Möglichkeiten der Si-Bauteile um ein Vielfaches. Entscheidend für den Erfolg der HEMT-Strukturen sind die Eigenschaften der ihnen zugrunde liegenden Materialien. AlScN besitzt hervorragende Eigenschaften, die höhere Ladungsträgerkonzentrationen ermöglichen als andere Materialien. Zukünftig sollen mit AlScN deutlich leistungsstärkere und effizientere HEMTs realisiert werden.

Bisherige Herstellungsverfahren scheitern an Qualität und Produktivität

Nach dem Stand der Technik können AlScN-Schichten mittels Sputtern hergestellt werden. Doch die Qualität dieser Schichten ist für elektronische Anwendungen, wie LEDs und Hochleistungstransistoren, nicht ausreichend. Alternativ ist es möglich, AlScN per Molekularstrahlepitaxie (MBE) herzustellen. Mit diesem Verfahren können hohe Scandium-Anteile in der Verbindung erhalten werden. Die Qualität ist zwar ausreichend für die Herstellung mikroelektronischer Bauelemente, allerdings ist das Verfahren aufwendig und die Produktivität zu gering, um es industriell einsetzen zu können.

Die Herstellung von AlScN per metallorganische chemische Gasphasenabscheidung (MOCVD) verspricht für industrielle Anwendungen sowohl eine ausreichende Qualität als auch Produktivität. Bei dem MOCVD-Verfahren wird Gas über einen beheizten Wafer geleitet. Durch die Wärmeeinwirkung werden bestimmte Moleküle aus dem Gas freigesetzt, die sich in die Kristallstruktur des Wafers einbauen. Durch die Regulierung des Gasstroms, der Temperatur und des Drucks kann die Kristallzusammensetzung präzise eingestellt werden und auch das Wachstum von unterschiedlichen Materialschichten übereinander ist durch den schnellen Austausch der Gase möglich.

Erste AlScN-Schichten für Transistoren aus der MOCVD

Nach der erfolgreichen Abscheidung des AlScN in der MOCVD-Anlage gelang auch die Herstellung der ersten AlScN-Schichten für Transistoren. Mit einem Widerstand von ~200 ohm/sq., einer Beweglichkeit von ~600 cm²/Vs und einer Ladungsträgerdichte von ~4,0 x 1013 cm-2 erreichen diese Schichten bereits vielversprechende Ergebnisse. Die Ziele der Forscher sind es nun, den Widerstand zu verringern, die Beweglichkeit zu erhöhen und die Materialqualität weiter zu optimieren. So soll die Leistungsfähigkeit von zukünftigen Transistoren noch weiter verbessert werden.


Weiterführende Themen

Die Hintergründe zu diesem Inhalt

2017 | OriginalPaper | Buchkapitel

Halbleiter

Quelle:
Materialien der Elektronik und Energietechnik

2019 | OriginalPaper | Buchkapitel

Anwendungsgebiete neuer Werkstoffe

Quelle:
Aktuelle Werkstoffe

Das könnte Sie auch interessieren

21.10.2019 | Funktionswerkstoffe | Im Fokus | Onlineartikel

Innovationsschub in der Mikroelektronik?

10.10.2019 | Verfahrenstechnik | Nachricht | Onlineartikel

Transparente Elektronik aus Nylon

Premium Partner

    Marktübersichten

    Die im Laufe eines Jahres in der „adhäsion“ veröffentlichten Marktübersichten helfen Anwendern verschiedenster Branchen, sich einen gezielten Überblick über Lieferantenangebote zu verschaffen. 

    Bildnachweise