德国弗劳恩霍夫应用固体物理研究所的科学家首次通过金属有机化学气相沉积（MOCVD）方法制造出氮化铝。基于氮化铝的晶体管有望用于各种工业应用，比如数据传输，卫星通信，雷达系统或自动驾驶。当前基于硅的晶体管已达到其物理极限，而所谓“高电子迁移率晶体管”（HEMT）远远超过了硅晶体管。高电子迁移率晶体管基于氮化铝材料，它具有非凡的性能，可实现比其他材料更高的载流子浓度。未来，基于氮化铝的元器件功能将大大增强，效率更高。

之前氮化铝的生产工艺主要有两种，一种是通过溅射法生长氮化铝层。但其质量不足以用于LED和大功率晶体管等电子应用。另一种方法是通过分子束外延法（MBE）生产氮化铝。这种工艺的产品质量能够用于微电子器件的生产，但该过程非常复杂，并且生产效率相对于工业规模生产而言太低。

通过金属有机化学气相沉积生产氮化铝不仅保证质量，而且还为工业应用提供了足够的生产率。

弗劳恩霍夫应用固体物理研究所的负责人斯特凡诺·利昂博士说：“以前通过金属有机化学气相沉积法生产氮化镓的尝试都失败了。全世界许多科学家都在致力于开发氮化镓晶体管，但是之前没有人通过使用金属有机化学气相沉积法成功做到这一点。”

金属有机化学气相沉积法的制造过程是将气体引导穿过加热的晶片。通过热暴露，不同的分子从气体中释放出来，并整合到晶片的晶体结构中。晶体的结构可通过调节气体流量，温度和压力进行精确调节实现。此外，气体的快速变化允许在彼此之上生长不同的材料层。

利用这一新工艺，科学家们成功沉积出了氮化铝，生产出了第一批用于晶体管的氮化铝层，其表面阻抗为〜200 ohm / sq，迁移率〜600 cm 2 / Vs ，电荷载流子密度达到令人满意的程度。

就是这种看似平平无奇的灰白色陶瓷粉体是现代电子应用领域中一种非常热门的原材料。其商业应用的潜力源自于其拥有良好的抗氧化性、抗化学侵蚀性、抗热震性、机械强度、低介电常数、与硅晶相近之热膨胀系数以及高热传导系数等，因此在高功率的电子、光电、机械等应用领域备受瞩目。

AlN薄膜的特性

AlN薄膜拥有诸多优异的物理化学性质，与其他半导体材料相比，在很多应用领域优势明显，下面是AlN薄膜的特性。

1、AlN薄膜原子间以共价键相结合，因此化学稳定性好、熔点高；

2、AlN薄膜机械强度高、电绝缘性能佳，是一种压电和介电材料；

3、AlN晶体薄膜硬度高，可作为耐磨涂层；

4、AlN薄膜的高电阻率、较低的漏电流以及较大的击穿场强，使得其成为微电子器件中绝缘埋层材料的最佳选择之一；

5、AlN薄膜的制备工艺与CNOS兼容，可以和其他器件集成到同一芯片上；

6、AlN薄膜具备非铁电材料中最好的声波传播速度，且拥有无与伦比的压电响应，可用于制作高性能的声表器件；

7、AlN薄膜是一种宽禁带材料，并具有直接带隙，是重要的蓝光和紫外发光材料；

8、沿c轴取向的具有非常好的压电性和声表面波高速传播性能，传声速度快，是所有无机非铁性压电材料中最高的。

氮化铝材料的应用

氮化铝陶瓷因其多方面优异的性能，目前已经在多个民用和军用领域得到了厂泛的应用，尤其5G时代、新能源汽车时代以及人工智能时代的来临，更是让氮化铝陶瓷大展身手。

在民用领域，氮化铝已经在集成电路、汽车、高铁、电力、半导体等领域得到了广泛应用，典型的如集成电路基板、IGBT控制模块、晶圆加工用静电吸盘、高功率LED散热器等。同时它也适用于制作耐热材料、薄膜材料、复合材料等。在军用领域，氮化铝已经在航空航天、国防武器、微波雷达等方面得到应用，典型的如船舶导航系统、导弹定位系统、地面雷达系统等等。

1.基板材料和封装材料

随着使用要求的提高，目前功率半导体器件需要同时具备高电压、大电流、大功率密度、小尺寸等特点，因此产生的热量十分可观。为此功率集成电路中的基板材料必须要同时具有良好的机械可靠性以及较高的热导率。

目前，封装基板材料主要采用氧化铝陶瓷或高分子材料，但随着对电子零件的承载基板的要求越来越严格，它们的热导率并不能满足行业的需求，而AlN因具有良好的物理和化学性能，完全满足现代电子功率器件发展的需要，逐步成了封装材料的首要选择。

2.晶圆加工用静电吸盘

现代半导体制造工艺中晶圆的加工过程有着多道工序，晶圆需要在几百个工艺设备之间来回传输，因此需要一种设备对晶圆进行夹持。静电吸盘可通过静电吸附作用来固定晶圆，吸附作用力均匀且持续稳定，晶圆不会发生翘曲变形，可以保证晶圆的加工精度和洁净程度。

目前普遍的静电吸盘技术主要是以氧化铝陶瓷或氮化铝陶瓷作为主体材料。对于普通的硅晶圆加工，高纯氧化铝或蓝宝石可以满足要求，但若用在碳化硅晶圆加工，导热性就有所不足了，必须要用氮化铝才能达到要求。据闻，氮化铝在半导体领域的应用在国外已成为氮化铝陶瓷的主要市场，最高端的静电吸盘甚至可以卖到几十万到上百万人民币，非常“吸金”。

3.高功率LED散热器

LED是继火、白炽灯、荧光灯后人类照明的第四次革命，得益于其各种优秀品质，LED受到了许多领域的青睐。但是LED使用上有个大问题就是“热”，一旦散热不及时就会有诸多不利影响，因此氮化铝在这一块的发展也得到了加速。比如说杀菌消毒市场上的深紫外LED，为了避免芯片性能降低甚至失效，目前市面上UVC-LED基本以倒装芯片搭配高导热氮化铝陶瓷基板的方案为主。

4.耐热材料

氮化铝材料因其优异的绝缘性能和热稳定性能，可用作高温绝缘件。此外，氮化铝与铝、铜、银、铂等金属和砷化镓等半导体材料熔融液难以浸润，适用于坩埚、热电偶保护管以及烧结器具，也可用作腐蚀性物质的容器和处理器。

此外，氮化铝对熔融盐是非常稳定的，可期待作为高温气体透平以从磁流体发电（MHD）等耐蚀部件使用。由于氮化铝在真空中蒸气压较低，高温下不易挥发，所以可用作金等蒸发器。非氧化气氛下直到2000℃下氮化铝都非常稳定的，因此可作为在非氧化气氛下使用的耐火材料的骨料来使用。

5.薄膜材料

由于AlN带隙宽、极化强，禁带宽度为6.2eV，其制备的氮化铝薄膜材料具有很多优异的物理化学性质，如高的击穿场强、高热导率、高电阻率、高化学和热稳定性以及良好的光学及力学性能。高质量的AlN薄膜还具有极高的超声传输速度、较小的声波损耗、相当大的压电耦合常数，与Si、GaAs相近的热膨胀系数等特点，独特的性质使它在机械、微电子、光学以及电子元器件、声表面波器件制造和高频宽带通信等领域有着广阔的应用前景。

6.复合材料

凭借优良的热力电综合性能，氮化铝可作为添加剂应用于复合材料的研制，如填充到有机高分子材料中制备高导热的有机高分子复合材料，作为封装材料使用；氮化铝增强铜基复合材料具有高导热、高强度和高温强度，提高基体软化温度；氮化铝和氮化钛复合陶瓷结合了高硬度、氧化温度高、耐磨性好以及高弹性模量的优点；氮化铝和铝的复合材料具有强度高、导热性能好等优点，可作为需要优异散热性能的结构材料。

文章来源： 粉体圈，技术力量，镀膜材料网