나고야대학교와 아사히카세이는 차세대 반도체 분야에서 중요한 돌파구를 마련했다고 발표했습니다. 공동 연구를 통해 알루미늄 나이트라이드 / 갈륨 나이트라이드 / 알루미늄 나이트라이드 고전자이동도 트랜지스터(HEMT)를 알루미늄 나이트라이드 기판 위에 결맞게 성장시키는 데 성공했습니다. 이번 성과는 고주파 전자 분야의 재료 과학에 중대한 전환점을 의미합니다.
이 성과의 핵심은 재료 특성에 있습니다. 갈륨 나이트라이드 소자는 전통적으로 실리콘 카바이드 또는 실리콘 기판 위에 성장해 왔지만, 이번 방식은 알루미늄 나이트라이드 기판을 활용합니다. 연구팀은 이 구조가 기존 갈륨 나이트라이드 HEMT 대비 항복 전압 성능을 2배 이상 향상시킨다는 것을 입증했습니다. 또한 이 소자는 낮은 전기 저항을 보이며, 고전압 동작 중 전류가 일시적으로 감소하는 흔한 문제인 전류 붕괴를 효과적으로 억제합니다.
알루미늄 나이트라이드는 왜 그렇게 중요할까요? 이 재료는 실리콘 카바이드와 갈륨 나이트라이드보다 더 넓은 밴드갭을 가집니다. 매우 높은 항복 전계와 뛰어난 열전도성을 제공하며, 이는 고출력 응용 분야에서 열을 방출하는 데 매우 중요합니다. 또한 결정 격자가 갈륨 나이트라이드와 잘 맞아 고품질 층 성장이 가능합니다.
이번 기술적 도약은 6G 인프라와 차세대 레이더 시스템과 같은 첨단 통신 시스템에서 사용되는 고주파 소자의 성능 향상에 크게 기여할 것으로 기대됩니다. 알루미늄 나이트라이드의 뛰어난 절연성과 열적 특성을 활용함으로써, 엔지니어들은 이제 통신 분야에서 전력과 효율의 한계를 더욱 넓힐 수 있게 되었습니다.
