由德国柏林的莱布尼兹技术研究所（FBH）费迪南德·布劳恩研究所（Ferdinand-Braun-Institut）主导的“基于AlN的功率晶体管（ForMikro-LeitBAN）”联合项目于近日启动，该项目旨在开发高效的功率半导体，可以应用于电动汽车、人工智能等各种新兴领域。
目前，智能能源供应，电动汽车，宽带通信系统和人工智能（AI）应用推动了交互和互联系统数量的持续增长。但是，随着系统数量的增加和数据流量的增加，单位能源消耗也在增加。因此，高效的能量转换对于当前到来的AI和工业4.0的应用是至关重要的，其发展前提是提高开关功率半导体的效率，提高功率密度，为减少二氧化碳做出重要贡献。
该项目便是旨在开发氮化铝（AlN）半导体材料，制备出AlN基的器件并对其进行测试，使其有资格在将来的系统中使用。到2023年，该项目将收到德国联邦教育与研究部（BMBF）在ForMikro（Forschungfürneue Mikroelektronik）计划内提供330万欧元的资金。
氮化铝–具有潜力的原材料
系统的效率会受到半导体静态和动态功率损耗的限制，该损耗由相应的材料决定。目前使用传统的基于硅的功率部件来提高电转换器和功率放大器的效率变得越来越困难。因此，必须研究性能提高的新型半导体材料，并将其推向市场。该项目的目的是对氮化铝（AlN）材料进行研究，并研制出AlN基功率器件。据研究表明AlN基器件的传导损耗比硅器件低10,000倍，同时AlN材料还具有很高的击穿强度和导热率，这是有利于高能量密度和效率的功率半导体的制造。
图为早期FBH承担项目中氮化镓放大器。（在本次ForMikro-LeitBAN项目中，毫米波技术将应用到氮化铝上） （©FBH / schurian.com）
完整的工艺链–从晶体生长到系统演示
从技术上来讲，新型AlN组件研究是基于已有GaN技术上开发的。创新方面是从传统的异质衬底（例如碳化硅，蓝宝石或硅衬底）过渡到直接在AlN衬底上生长。ForMikro-LeitBAN项目正在研究通过这种技术开发出AlN晶圆，并在特定的设备工艺中对其进行测试。所研制出的新型高效AlN器件将应用于毫米波应用和电力电子能量转换器的测试系统中。
ForMikro-LeitBAN项目具体分工情况如下：
Ferdinand-Braun-Institut（FBH）：AlN器件设计和开发；弗朗霍夫IISB，埃尔兰根（IISB）：AlN晶体生长，晶圆制造；TU Bergakademie-Freiberg（IAP）：流程模块开发，分析；Friedrich-Alexander-UniversitätErlangen-Nürnberg（FAU）：材料分析；勃兰登堡理工大学科特布斯-森夫滕贝格大学（BTU）：AlN毫米波系统；柏林工业大学（TUB）：AlN电力电子系统。
该技术还将会应用到后续的实际生产中。本项工作得到了工业咨询委员会的支持，该委员会包括电力电子器件生产企业的英飞凌，毫米波应用技术的UMS公司和AlN晶片回收的III / V-Reclaim公司。
