Wissenschaftler des Fraunhofer-Instituts für Angewandte Festkörperphysik IAF ist es erstmals gelungen, Aluminiumscandiumnitrid (AlScN) per metallorganischer chemischer Gasphasenabscheidung  (MOCVD) herzustellen. AlScN-Bauelemente sollen die Basis der nächsten Generation der Leistungselektronik bilden.

Fraunhofer IAF

Das Fraunhofer IAF hat erstmals AlScN per MOCVD hergestellt. Fraunhofer IAF

Bauelemente auf Basis von Silizium (Si) stoßen bei anspruchsvollen industriellen Anwendungen an ihre Grenzen. High Electron Mobility Transistors (HEMTs) übertreffen die Möglichkeiten der Si-Bauteile um ein Vielfaches. Dabei sind die Eigenschaften der ihnen zugrundeliegenden Materialien entscheidend für den Erfolg der HEMT-Strukturen. So ermöglicht AlScN höhere Ladungsträgerkonzentrationen als andere Materialien. Mit AlScN sollen künftig deutlich leistungsstärkere und effizientere HEMTs hergestellt werden.

Die Herausforderung für die Forscher bei der Anwendung des MOCVD-Verfahrens lag darin, dass es kein Gas für Scandium gibt. Denn die Moleküle (Präkursoren) für Scandium sind sehr groß und schwer in die Gas-Phase zu bringen. Die Forscher untersuchten, was der beste Vorläufer für Scandium sein könnte und überlegten, wie sie den MOCVD-Reaktor für die notwendigen Prozesse umbauen könnten. „Letztendlich haben wir es geschafft, AlScN per MOCVD mit sehr hoher Kristallqualität und der richtigen Menge an Scandium zu züchten“, sagte Stefano Leone, Gruppenleiter am Fraunhofer IAF.

Zudem gelang auch die Herstellung der ersten AlScN-Schichten für Transistoren. Mit einem Widerstand von rund 200 Ω/sq., einer Beweglichkeit von rund 600 cm²/Vs und einer Ladungsträgerdichte von rund 4,0 x 1013 cm-2 erreichen diese Schichten nach Einschätzung der Forscher bereits vielversprechende Ergebnisse. Ziel der Forscher ist es nun, den Widerstand zu verringern, die Beweglichkeit zu erhöhen und die Materialqualität zu optimieren. So soll die Leistungsfähigkeit von zukünftigen Transistoren weiter verbessert werden und das Fraunhofer IAF damit dem Ziel näherkommen, AlScN-HEMTs für die leistungselektronischen Anwendungen der Industrie bereitzustellen.