AlGaN—來(lái)看看令人矚目的下一代功率電子材料！

鋁鎵氮(AlGaN),也稱為氮化鋁鎵,是由鋁、鎵、氮構(gòu)成的三元化合物,屬于氮化物半導(dǎo)體,是一種重要的寬帶隙半導(dǎo)體材料,此外還具有電子親和勢(shì)極低、化學(xué)穩(wěn)定性優(yōu)等特點(diǎn)。

SiC（碳化硅）和GaN（氮化鎵）作為功率電子器件晶體管的半導(dǎo)體材料的研發(fā)已經(jīng)取得進(jìn)展，并且已經(jīng)開(kāi)始實(shí)用化。通常由輕元素構(gòu)成的半導(dǎo)體的介電擊穿電阻較高，但是如果將GaN中的一部分Ga替換為較輕的Al并制成AlGaN（氮化鋁鎵），則將獲得具有優(yōu)異的介電擊穿電阻的晶體。因此，具有更高介電擊穿電阻的AlGaN作為下一代功率電子材料被寄予厚望。

一、AlGaN材料性質(zhì)

化學(xué)性質(zhì)方面，AlGaN材料繼承了AlN和GaN優(yōu)秀的化學(xué)穩(wěn)定性。在室溫下，不與水、強(qiáng)堿和強(qiáng)酸反應(yīng)；在高溫下，與堿緩慢反應(yīng)。優(yōu)秀的化學(xué)穩(wěn)定性決定了AlGaN基器件適用于多種極端環(huán)境。

物理性質(zhì)方面，AlGaN材料具有極高的熔點(diǎn)，導(dǎo)熱系數(shù)高。同時(shí)，該材料的質(zhì)地堅(jiān)硬，非常適用于制備高溫高壓等環(huán)境中工作的器件。此外，AlN、GaN和AlGaN在晶格常數(shù)以及導(dǎo)帶價(jià)帶位置上有差距，因此在形成異質(zhì)結(jié)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生自發(fā)的極化，并且表現(xiàn)出一定的壓電特性，可以用來(lái)制備壓電器件。再者，AlGaN材料還具有較大介電常數(shù)，因此也能用來(lái)制備高頻高功率器件。

電學(xué)性質(zhì)方面，電場(chǎng)強(qiáng)度在一定程度上對(duì)于AlGaN的電子遷移率影響較小，該特性使得AlGaN材料可以用來(lái)制備微波器件。由于材料真空電離能較高，且化學(xué)惰性很強(qiáng)，因此難以實(shí)現(xiàn)歐姆接觸，尤其是p型歐姆接觸。目前，主要通過(guò)在AlGaN表面額外生長(zhǎng)一層p型GaN來(lái)實(shí)現(xiàn)p型歐姆接觸。

光學(xué)性質(zhì)方面，AlGaN是直接帶隙半導(dǎo)體，具有很高的發(fā)光效率。在帶隙寬度方面，通過(guò)調(diào)整Al：Ga比例可以實(shí)現(xiàn)帶隙在3.39-6.024eV間可調(diào)，極大地覆蓋了紫外光區(qū)，并且包含了整個(gè)日盲區(qū)，目前GaN/AlGaN異質(zhì)結(jié)構(gòu)是日盲探測(cè)器的首選。此外，AlN的電子親和能只有0.6eV，在某些條件下甚至能為負(fù)值，這意味著Al組分較高的AlGaN材料可以制備高效率的發(fā)光器件。目前，光學(xué)性質(zhì)方面的優(yōu)勢(shì)是AlGaN材料吸引巨大研究熱情的主要原因。

二、AlGaN材料制備

金屬有機(jī)化合物化學(xué)氣相沉積（MOCVD）在過(guò)去的20年里已經(jīng)發(fā)展成為Ⅲ-Ⅴ族氮化物外延生長(zhǎng)的主要技術(shù)。

1967年，Manasevit等研究者發(fā)現(xiàn)，金屬有機(jī)化合物三甲基鎵（CH3）3Ga和氫化物的氣相混合物，在H2氣氛中在600-700℃溫度下熱解，可以用來(lái)生長(zhǎng)GaN材料，自此MOCVD進(jìn)入了研究人員的視野。

在80年代之后，這項(xiàng)技術(shù)有了更快的發(fā)展，采用MOCVD技術(shù)可以在大襯底基片上沉積得到均勻的外延層，尤其在Ⅲ族氮化物生長(zhǎng)領(lǐng)域。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的持續(xù)發(fā)展，九十年代后，MOCVD已經(jīng)成為了GaN、AlGaN等半導(dǎo)體材料及其相關(guān)器件的重要生長(zhǎng)方法。

使用MOCVD設(shè)備生長(zhǎng)AlGaN材料，其基本原理是將Ⅲ族元素金屬有機(jī)化合物源和Ⅴ族化合物的氮源，通過(guò)載氣進(jìn)入反應(yīng)室，并在反應(yīng)室內(nèi)部充分混合，在反應(yīng)室的反應(yīng)分為多個(gè)步驟來(lái)完成：

首先是Ⅲ族源氣和氮源的裂解反應(yīng)，TMGa和NH3通過(guò)反應(yīng)生成反應(yīng)前驅(qū)體和副產(chǎn)物；裂解反應(yīng)的產(chǎn)物會(huì)沉積在底部襯底的表面，同時(shí)TMGa和NH3也會(huì)在進(jìn)入反應(yīng)室后，向襯底上逐步擴(kuò)散；沉積在襯底上的前驅(qū)體在表面發(fā)生遷移和擴(kuò)散，與到達(dá)襯底的NH3發(fā)生反應(yīng)，在高溫反應(yīng)下產(chǎn)生最終產(chǎn)物和副產(chǎn)物；隨后最終未反應(yīng)的源分子，反應(yīng)副產(chǎn)物等會(huì)在載氣的攜帶下，離開(kāi)反應(yīng)室，進(jìn)入設(shè)備后續(xù)的尾氣處理流程。

三、功率電子清洗

目前，大量的功率半導(dǎo)體器件仍在采用傳統(tǒng)的正溴丙烷等溶劑清洗清洗，隨著對(duì)環(huán)保的管控和對(duì)產(chǎn)品可靠性的要求不斷提高，原有的傳統(tǒng)溶劑清洗已不能滿足功率電子。對(duì)此，合明提出新型的功率電子方案。

合明科技半水基清洗工藝解決方案，采用合明科技專利配方，可在清洗功率半導(dǎo)體器件凹槽內(nèi)存在大量的錫膏殘留的同時(shí)去除金屬界面高溫氧化膜，更含有保護(hù)芯片獨(dú)特的材料；配方材料親水性強(qiáng)，清洗后易于用水漂洗干凈。

歡迎使用合明科技半水基清洗劑清洗功率電子。

推薦使用合明科技水基清洗劑，針對(duì)電子制程精密焊后清洗的不同要求，合明科技在水基清洗方面有比較豐富的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)于有著低表面張力、低離子殘留、配合不同清洗工藝使用的情況，自主開(kāi)發(fā)了較為完整的水基系列產(chǎn)品，精細(xì)化對(duì)應(yīng)涵蓋從半導(dǎo)體封裝到PCBA組件終端，包括有水基清洗劑和半水基清洗劑，堿性水基清洗劑和中性水基清洗劑等。具體表現(xiàn)在，在同等的清洗力的情況下，合明科技的兼容性較佳，兼容的材料更為廣泛；在同等的兼容性下，合明科技的清洗劑清洗的錫膏種類更多（測(cè)試過(guò)的錫膏品種有ALPHA、SMIC、INDIUM、SUPER-FLEX、URA、TONGFANG、JISSYU、HANDA、OFT、WTO等品牌；測(cè)試過(guò)的焊料合金包括SAC305、SAC307、6337、925等不同成分），清洗速度更快，離子殘留低、干凈度更好。