康奈尔大学的研究团队声称，利用铝钪氮（AlScN）势垒开发的氮化镓（GaN）单通道和多通道异质结构，实现了迄今为止最低的薄层电阻（Sheet Resistance）。这项工作旨在推动下一代高速、高功率 GaN 基电子学的发展。
速读：
研究重点在于通过优化结构来降低电阻。以下是单通道与多通道结构的主要性能对比：
核心发现与技术细节
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多通道结构的突破：
- 为了进一步降低电阻，研究人员探索了多通道结构。通过使用 1nm/2nm 的 GaN/AlN 间隔层，他们成功制备了多通道异质结构。
- 极低电阻： 在 5 层周期结构中，使用 5nm 厚的 AlScN 势垒（Sc 含量 18%），实现了 **45 Ω/□Ω/□**的极低薄层电阻。
- 无寄生通道： 尽管能带模拟预测了二维空穴气（2DHG）的存在，但实验中未检测到。研究人员认为，如果存在，也因其迁移率远低于 2DEG（二维电子气）而被掩盖。不过，他们指出 2DHG 会构成寄生并联导电通道，损害器件性能，建议通过有意掺杂来抑制。
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晶圆级扩展性（Scalability）：
- 研究人员不仅在小尺寸（7mm x 7mm）的蓝宝石衬底上生长，还在 50mm 直径的晶圆上成功生长了异质结构。
- 均匀性： 测试显示，薄层电阻在晶圆表面的均匀性很高（标准差仅为 9.8 Ω/□Ω/□ ），这证明了该技术向大规模制造扩产的可行性。
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低温性能：
- 在低温（77K，液氮温度）下，薄层电阻甚至更低（约为室温的 1/3）。这为开发新型低温器件（如低插入损耗射频开关）提供了可能。
3. 结构设计与挑战
- 应变平衡： AlScN 提供压缩应变以平衡 AlN 的拉伸应变。但 Sc 含量超过 25% 时材料容易形成混合相，且高 Sc 含量会降低 2DEG 浓度，反而增加电阻。
- 间隔层的作用： GaN 间隔层的引入是为了增加距离而不至于过快增加 2DEG 密度（密度过高会导致迁移率下降）。
- 制造考量： 器件结构的选择需根据应用场景优化：
- 薄结构： 有利于栅极静电控制，适用于高速部署。
- 厚结构： 提供更好的导电性/导通电阻，适用于功率应用。
4. 行业基准（Benchmark）
根据论文中的图表（Figure 4），康奈尔大学的 AlScN 结构性能已接近目前最先进的多通道 III-氮化物系统：
- 它的薄层电阻（45 Ω/□Ω/□ ）接近于 AlN/GaN（约 36 Ω/□Ω/□ ）和 AlInN/GaN 报告的水平。
- 这标志着 AlScN 成为一种极具竞争力的势垒材料，用于高性能 GaN 器件。
编者按：
这项研究证明了 AlScN/GaN 多通道异质结构在降低电阻和提升高频性能方面的巨大潜力，并验证了其在更大尺寸晶圆上生长的均匀性，为未来的商业化应用奠定了基础。