掺硅氧化铝镓薄膜导电带隙刷新纪录

更宽带隙的 半导体 ，能让 电子 产品更小、更高效，也能承受更高电压。但带隙越宽，材料导电性就越难控制。美国康奈尔大学领导的研究团队证明，在氧化 铝 镓薄膜中掺入硅，可在比以往任何 半导体 带隙都宽的情况下，依然保持稳定的导电调控能力。相关论文发表于新一期《自然》杂志。

半导体 中有两个关键能量区间：较低的“价带”和较高的“导带”。 电子 在价带中被原子牢牢束缚，无法导电；一旦获得足够能量跃入导带，就能自由移动并传导电流。 电子 实现这种跃迁并使半导体在绝缘和导电状态之间切换所需的能量，即为“带隙”。

带隙越宽，材料越能承受强电场。 氮化镓 、 碳化硅 等宽带隙半导体，已广泛用于快充充电器、电动 汽车 等领域。氧化 铝 镓则更具潜力：通过调节 铝 与镓的比例，其带隙可在5.4至8.6电子伏之间变化，是已知半导体中可调范围最广的材料之一。

但问题在于，铝含量越高，越难向材料中注入自由电子。此前，富铝薄膜的导电性比富镓薄膜低几个数量级，难以用于实际电子器件。

为破解这一难题，团队采用分子束外延技术，在 蓝宝石 衬底上逐原子层生长氧化膜，并掺入少量硅。硅原子为薄膜提供了多余电子，使其在保持超大带隙的同时具备良好导电性。随后，团队测试了薄膜的电学性能，并将其制成二极管和晶体管。

结果显示，掺硅薄膜在带隙超过7电子伏时仍能导电，打破了此前由立方氮化硼保持的纪录。在6电子伏以上的“巨大带隙”区间，其室温导电性比以往报道高出1亿倍以上，且成功用于二极管和晶体管器件。

与金刚石、立方氮化硼等超宽带隙材料相比， 蓝宝石 储量丰富、成本低，且已实现高质量规模化生产，这使该技术更具产业化前景。团队希望，这类薄膜能为新一代 电力 电子器件铺路，从而显著降低电能转换与控制过程中的热量损耗

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