← 返回
电动汽车驱动 宽禁带半导体 ★ 5.0

高质量Zr掺杂AlN外延层的生长与表征

Growth and characterization of high-quality Zr doped AlN epilayers

作者 Asif Khan · Lawrence Livermore National Lab · Del Re
期刊 Applied Physics Letters
出版日期 2025年1月
卷/期 第 126 卷 第 2 期
技术分类 电动汽车驱动
技术标签 宽禁带半导体
相关度评分 ★★★★★ 5.0 / 5.0
关键词 氮化铝 锆掺杂 固态量子比特 压电声波谐振器 外延层
语言:

中文摘要

AlN因其约6.1 eV的超宽带隙和高达约15 MV/cm的临界电场,在电子与光子器件中表现出优异的性能。近年来,锆(Zr)掺杂AlN(AlN:Zr)被发现是一种极具潜力的材料平台,可用于固态量子比特、高性能压电声学谐振器及光学触发的超快功率开关器件。然而,AlN:Zr外延结构的制备仍面临挑战。本研究成功实现了高Zr掺杂浓度(~2.0 at.%)且晶体质量优异的AlN:Zr外延层生长,为相关量子与高频器件的应用奠定了材料基础。

English Abstract

AlN stands out for its remarkable figures of merit for electronic and photonic devices, attributed to its ultrawide bandgap of ∼6.1 eV and an exceptionally high critical field of ∼15 MV/cm. More recently, zirconium (Zr) doped AlN (AlN:Zr) has also been identified as a promising material platform for the exploration of solid-state qubits for quantum information and technology, high performance piezoelectric acoustic wave resonators, and optically triggered ultrafast power switching devices facilitated by optically activating Zr related impurities. Despite the significant potential, the ability for producing AlN:Zr epitaxial structures has yet to be established. In this study, we have achieved AlN:Zr epilayers with a high Zr doping level \
S

SunView 深度解读

高质量Zr掺杂AlN外延层技术对阳光电源功率器件研发具有重要价值。AlN材料6.1 eV超宽带隙和15 MV/cm高临界电场特性,可应用于下一代功率开关器件开发,相比现有SiC器件具有更低导通损耗和更高耐压能力,可提升ST储能变流器和SG光伏逆变器的功率密度与效率。AlN:Zr的高性能压电特性可用于电动汽车驱动系统的高频谐振器和传感器设计,优化电机控制精度。其超快光学触发开关特性为PowerTitan大型储能系统的快速故障保护提供新方案。该材料平台为阳光电源突破现有Si/SiC技术瓶颈、开发超高压大功率产品提供了前沿材料基础。