東京理科大學運用濺鍍技術製造出高品質的氮化鈧鋁(ScAlN)箔膜

GaN系半導體因具備寬能隙、高擊穿電壓、與顯著之極化效應等特性而成為高頻高功率元件材料的研究焦點，尤其在以GaN為基礎的高電子遷移率電晶體（HEMT）當中。HEMT是一種特殊的場效電晶體，透過將「電子」與「產生電子之原子」分開，創造出一個供電子高速移動的「二維電子氣」（2DEG）通道，從而在高頻的應用中提供比傳統電晶體更快的速度並降低雜訊，而阻擋層的功用就是形成約束2DEG的通道。

近年，由於氮化鈧鋁(ScAlN)箔膜擁有較大的壓電係數，以及沒有外部電場影響即存在固定方向電場（自發極化）的特性，被期望作為新的阻隔層材料。至今在GaN上製作ScAlN時多採分子束磊晶法或有機金屬氣相沉積法（MOCVD），但卻有製程複雜、電子遷移率下降的課題。故研究團隊改採濺鍍法（sputtering）將約22mn的ScAlN在不同的溫度濺鍍於其上。

此外，團隊再利用電子繞射、原子力顯微鏡來觀察薄膜表面，用X光繞射觀察薄膜的結構，用逆晶格空間映射觀察薄膜與基板的契合度，發現在750℃的條件下濺鍍而得的薄膜，其表面、結構、晶格排列和契合度都非常漂亮。該研究不僅確立既有通用濺鍍技術的高品質ScAlN製造技術，也藉由許多檢測探討了溫度對於薄膜的品質、電氣特性的影響，有助於往後高性能電子材料的開發。

資料來源：東京理科大學（2025年8月8日）

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