Die Nagoya University und Asahi Kasei haben einen bedeutenden Durchbruch auf dem Gebiet der Halbleiter der nächsten Generation bekannt gegeben. Durch eine gemeinsame Forschungsinitiative ist es ihnen gelungen, das kohärente Wachstum eines Aluminium-Nitrid / Gallium-Nitrid / Aluminium-Nitrid-High-Electron-Mobility-Transistors (HEMT) auf einem Aluminium-Nitrid-Substrat zu erreichen. Diese Entwicklung markiert einen entscheidenden Wandel in der Materialwissenschaft für Hochfrequenzelektronik.
Im Kern dieses Erfolgs stehen die Materialeigenschaften. Während Gallium-Nitrid-Bauelemente traditionell auf Siliziumkarbid- oder Siliziumsubstraten gewachsen werden, nutzt dieser neue Ansatz ein Aluminium-Nitrid-Substrat. Das Forschungsteam konnte zeigen, dass diese Struktur die Durchbruchspannung im Vergleich zu herkömmlichen Gallium-Nitrid-HEMTs um mehr als das Zweifache verbessert. Darüber hinaus weist das Bauelement einen niedrigen elektrischen Widerstand auf und unterdrückt den Stromkollaps wirksam, ein häufiges Problem, bei dem der Strom während des Hochspannungsbetriebs vorübergehend abnimmt.
Warum ist Aluminium-Nitrid so wichtig? Als Material besitzt Aluminium-Nitrid eine größere Bandlücke als sowohl Siliziumkarbid als auch Gallium-Nitrid. Es bietet ein außergewöhnlich hohes elektrisches Durchbruchfeld und eine überlegene Wärmeleitfähigkeit, was für die Ableitung von Wärme in Hochleistungsanwendungen entscheidend ist. Zudem passt sein Kristallgitter gut zu Gallium-Nitrid, wodurch ein hochwertiges Schichtwachstum möglich wird.
Dieser technologische Sprung dürfte erheblich zur Leistungsfähigkeit von Hochfrequenzbauelementen beitragen, die in fortschrittlichen Kommunikationssystemen wie 6G-Infrastrukturen und Radarsystemen der nächsten Generation eingesetzt werden. Durch die Nutzung der überlegenen Isolations- und thermischen Eigenschaften von Aluminium-Nitrid können Ingenieure nun die Grenzen von Leistung und Effizienz in der Telekommunikation weiter verschieben.
