摻鈧氮化鋁又稱鈧摻雜氮化鋁、氮化鈧鋁,簡稱ScAlN或AlScN,是將稀土鈧(Sc)元素摻入氮化鋁(AlN)制成的新一代半導體材料。摻鈧氮化鋁為纖鋅礦結構,壓電性能隨鈧摻雜濃度增加呈現非線性變化。
鈧(Sc)是一種稀土元素,主要通過其在摻鈧氮化鋁中的應用,用于射頻(RF)領域。我國是全球稀土材料供應大國,供應全球約70%的稀土材料,為維護國家安全和利益,2025年4月,中國商務部會同海關總署發布公告,對鈧、鏑等7類中重稀土相關物項實施出口管制措施。
氮化鋁(AlN)是一種寬禁帶半導體材料,具有熱穩定性好、高聲速等特點,在微機電系統(MEMS)、射頻器件中應用廣泛。但純氮化鋁壓電性能有限,隨著5G通信向毫米波頻段及6G太赫茲頻段擴展,純氮化鋁材料逐漸無法滿足頻段寬度、插入損耗、帶外抑制等性能指標要求。
摻鈧氮化鋁通過引入稀土元素鈧來增強壓電響應,相比于純氮化鋁,具有更高的壓電常數、更低的驅動電壓、更高的功率密度、較好的CMOS兼容性等優勢。作為新一代高頻、高功率電子器件的核心材料,摻鈧氮化鋁在壓電超聲換能器、射頻濾波器、慣性傳感器、MEMS陀螺儀、薄膜體聲波諧振器(FBAR)、堆疊式體聲波諧振器(SMR-BAW)、量子器件等領域具有廣闊應用前景。
根據新思界產業研究中心發布的
《2025-2029年全球及中國摻鈧氮化鋁(ScAlN)行業研究及十五五規劃分析報告》顯示,近年來,我國在摻鈧氮化鋁材料制備、性能優化、器件設計等方面取得了良好進展,相關企業包括南京宙訊微電子科技有限公司、武漢敏聲新技術有限公司、湖南高創稀土新材料有限責任公司、奧趨光電技術(杭州)有限公司等。
宙訊微電子擁有全球領先的摻鈧氮化鋁工藝技術和設備;武漢敏聲率先在國內打通摻鈧氮化鋁全流程工藝,成功研發出適用于N77、N79等5G頻段的BAW濾波器;奧趨光電于2021年推出了自主研發的高質量藍寶石基摻鈧氮化鋁薄膜模板產品。
新思界
行業分析人士表示,摻鈧氮化鋁薄膜制備技術包括分子束外延法(MBE)、磁控濺射法、金屬有機化學氣相沉積法(MOCVD)等,由于摻鈧氮化鋁薄膜生長過程中容易出現從纖鋅礦結構到立方晶系鹽石結構的相變,摻鈧氮化鋁工業化大規模生產應用仍存在難題,尤其是高鈧濃度的摻鈧氮化鋁。
為突破傳統技術路徑、實現摻鈧氮化鋁材料及器件自主可控,2025年河北大學牽頭申報的“第四代半導體材料AlScN(摻鈧氮化鋁)”項目獲批國家重點研發計劃顛覆性技術創新重點專項。
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