本⽂内容转载⾃《半导体技术》2019年第4期，版权归《半导体技术》编辑部所有。 何君，李明⽉
中国电⼦科技集团公司第⼗三研究所
摘要：作为⼀种Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体材料，AlN不仅具有超宽直接带隙（6.2 eV）、⾼热导率、⾼电阻率、⾼击穿场强、优异的压电性能和良好的光学性能，⽽且AlN晶体还与其他Ⅲ-N材料具有⾮常接近的晶格常数和热膨胀系数。这些特点决定了AlN在GaN外延、紫外光源、辐射探测器、微波毫⽶波器件、光电器件、电⼒电⼦器件以及声表⾯波器件等领域具有⼴阔的应⽤前景。介绍了AlN材料在功率器件、深紫外LED、激光器、传感器以及滤波器等领域的应⽤现状，并对AlN材料及其应⽤的未来发展趋势进⾏了分析和展望。 关键词：AlN；超宽禁带；光电器件；电⼒电⼦器件；声表⾯波（SAW）器件
0 引⾔
AlN材料具有很⾼的直接带隙（6.2 eV），是重要的蓝光和紫外发光材料；AlN介电常数⼩，具有良好热
导率、⾼电阻率和击穿场强，是优异的⾼温、⾼频和⼤功率器件材料；沿c轴取向的AlN具有良好的压电性和极⾼的声表⾯波（SAW）传输速度，是极佳的SAW器件⽤压电材料。AlN晶体与其他Ⅲ-N材料具有⾮常接近的晶格常数和热膨胀系数，与蓝宝⽯或SiC衬底相⽐，AlN与AlGaN的晶格常数匹配、热匹配及化学兼容性更⾼，作为AlGaN器件外延衬底时可⼤幅度降低器件中的缺陷密度。AlN的这些优良性能使其在众多领域中具有⼴阔的应⽤前景，成为⽬前国际研究的热点。近年来，国际上对AlN研究的热点主要包括以下⼏个⽅⾯：① AlN外延及制备技术；② AlN基器件衬底技术；③ AlN接触和掺杂层技术；④深紫外（DUV）电⼦器件应⽤的AlN功能层特性；⑤ AlN深紫外LED和传感器技术；⑥ AlN深紫外激光器及其应⽤；⑦使⽤AlN材料的电⼦器件技术（HEMT、功率器件和⾼频器件）⑧ AlN材料的新应⽤（压电器件、太赫兹器件、⾼温电⼦器件等）。 本⽂主要介绍了AlN材料的制备技术以及在功率器件、光电器件、电⼒电⼦器件、传感器以及滤波器等领域的应⽤现状，并对AlN材料及其器件应⽤的未来发展趋势进⾏了分析和展望。
1 AlN的制备⽅法
AlN单晶的制备⽅法主要包括分⼦束外延（MBE）、氢化物⽓相外延（HVPE）、⾦属有机化合物⽓相淀积（MOCVD）和物理⽓相传输（PVT）法等。其中HVPE、MOCVD和MBE法多⽤来制备薄膜，HVPE⽣长速度快（100µm/h），⼏乎是MOCVD和MBE法的100倍，适合制作较厚的AlN薄膜。PVT
雨棚信号灯技术的基本原理为⾼温区AlN源的分解升华，通过温度梯度驱动⾄籽晶表⾯重新凝华成晶体，其⽣长速度⽐HVPE更快、晶体质量更⾼，是⽬前制备⼤尺⼨、⾼质量AlN体单晶最有前景的⽅法之⼀，也是⽬前的国际研究热点。
⽬前美国Crystal IS公司和俄罗斯的Nitride Crystals公司掌握了PVT法制备AlN晶体的核⼼技术，在该领域处于领先地位，2012年已制备出直径⼤于2英⼨（1英⼨ = 2.54 cm）的AlN体单晶。使⽤PVT法进⾏材料制备主要有3个研究⽅向：籽晶⾃发成核技术；同质外延⾃发成核技术；SiC衬底上的异质外延引晶技术。⾃发成核技术获得的AlN晶体质量相对较⾼，⽣长速度较快，但⽆法实现⼤尺⼨晶体；同质外延成核技术是AlN晶体⽣长的最终⽬标，然⽽⼤尺⼨⾼质量晶体难以实现。随着4英⼨SiC晶圆实现⼤规模商品化，外延引晶技术⽆疑成为快速实现⼤尺⼨AlN衬底最直接有效的⽅法，然⽽该⽅法⽣长出来的AlN晶体杂质、位错和微管缺陷偏⾼，可采⽤SiC / AlN复合籽晶⽣长技术制备出⼤尺⼨AlN晶体。 2018年，美国的I. Demir等⼈报道了⼀种采⽤MOCVD法制备的“三明治”结构⾼质量AlN，这种较厚的（2 µm）⽆断裂AlN材料制作在c平⾯蓝宝⽯衬底上，“三明治”结构是在两个较⾼温度（1170 °C）⽣长的250 nm厚的AlN层中夹有⼀层较低温度（1050 ℃）⽣长的1500 nm厚的AlN层，这种结构使晶体质量和晶体表⾯形貌得到明显改观，5 µm × 5 µm⾯积的均⽅根粗糙度为0.71 nm。
与MOCVD和MBE法相⽐，HVPE法⽣长速度快，是⼀种具有发展前景的AlN薄膜制备技术，但其⽣长效率低、成本⾼。2016年，俄罗斯的V. N. Bessolov等⼈报道了采⽤氯化物HVPE技术在SiC / Si衬底上制作⽆应变（约为0.02 GPa）AlN薄膜层的⽅法，配合新型外延横向过⽣长（ELO）技术和悬空外延⽚技术制作出20 µm厚的AlN外延薄膜，⽣长温度为1080 ℃，⽣长速率为0.2 µm/min。
2016年，中国科学院物理研究所的胡伟杰等⼈采⽤PVT法制备了1英⼨AlN单晶并对p型掺杂进⾏了研究。徐永宽等⼈和
2016年，中国科学院物理研究所的胡伟杰等⼈采⽤PVT法制备了1英⼨AlN单晶并对p型掺杂进⾏了研究。徐永宽等⼈和郝建民报道了在碳基单晶⽣长系统中采⽤SiC籽晶和在钨材质单晶⽣长系统中⾃发成核PVT法制备⼤尺⼨AlN单晶及抛光⽚，为AlGaN器件使⽤AlN同质衬底提供了可能性。
2 AlN在器件中的应⽤
AlN主要⽤于微波毫⽶波器件、SAW器件、紫外/深紫外LED以及电⼒电⼦器件。其中AlN紫外LED的输出功率已达到实⽤化需求，紫外/深紫外探测器仍在研制阶段，中功率吉赫兹级通信⽤HEMT和SAW/体声波（BAW）压电器件正步⼊实⽤化阶段。此外，AlN⼤功率电⼒电⼦器件进⼊快速发展期，新型AlN器件如MEMS器件、太赫兹器件、⾼温器件等处于不断探索和开发中。
2.1 微波毫⽶波器件
AlN在微波毫⽶波器件已有⼴泛应⽤，如使⽤AlN缓冲层可使GaN / Si器件的电⼦迁移率⽐使⽤SiC或蓝宝⽯缓冲层提⾼1~3倍；AlN成核层是在Si基底上外延⽣长Ⅲ-N材料的重要步骤；薄AlN势垒层可有效解决GaN器件由于势垒下降所引起的⼆维电⼦⽓（2DEG）密度下降问题；⾼Al组分Al x Ga 1-x N（x ＞ 0.5） / AlN的击穿电压是GaN的3倍，热导率是蓝宝⽯的6倍、GaN的1~2倍，是理想的沟道层材料；AlN衬底与蓝宝⽯或SiC衬底相⽐可使GaN器件的位错密度从10 8 cm -2 下降到10 5 cm -2 数量级，在AlN衬底上⽣长⾼Al组分AlGaN薄膜具有更低的位错密度和⾃补偿特性，因⽽展现出极⾼峰值导电性、载流⼦浓度和迁移率，将成为替代蓝宝⽯或SiC的重要衬底材料。
2.1.1 HEMT器件
AlN通常⽤于HEMT器件的缓冲层和势垒层，可使器件实现更⾼的输出功率、截⽌频率、抗辐射能⼒以及耐恶劣环境特性，是宽禁带氮化物半导体和微电⼦领域的前沿技术。
2018年，美国桑迪亚实验室报道了⾼Al组分（85%）AlN / Al 0.85 Ga 0.15 N HEMT，其结构如图1所⽰，研究⼈员使⽤AlN势垒刻蚀去除和再⽣长⼯艺形成欧姆接触，2DEG电阻率接近4200 Ω/□，击穿电压⾼达810 V，具有极佳的栅漏电流，开关电流⽐（I on / I off ＞ 10 7 ）和亚阈值斜率（75 mV/dec）。2017年，S. Muhtadi等⼈对蓝宝⽯衬底上3 µm厚的低缺陷AlN缓冲层Al 0.85 Ga 0.15 N/ Al 0.65 Ga 0.35 N HEMT器件进⾏了研究，证明AlN缓冲层可提供⾜够⾼的热导率，当源—漏间距为5.
5 µm、栅长为1.8 µm时，器件在栅偏压为4 V时的峰值漏电流⾼达250 mA/mm，器件可在40 V和250 mA/mm条件下稳定⼯作，没有出现电流崩塌现象。2017年，德国弗劳恩霍夫研究所的B. J. Godejohann等⼈分别采⽤MBE和MOCVD法制作了AlN / GaNHEMT，并对两种⽅法进⾏了对⽐：采⽤蓝宝⽯衬底MBE法⽣长出陡峭界⾯和纯AlN势垒层，Si衬底MOCVD⽣长的AlN纯度不如MBE法，器件的最⾼漏电流约为1.46 A/mm，栅源电压为3 V，截⽌频率为89 GHz，薄膜电阻⼩于200 Ω/□，在100 nm栅长下AlN / GaN HEMT器件实现了极佳的⾼频和⼩信号特性。2018年，⼟⽿其的I. K. Durukan等⼈推出了两种采⽤MOCVD法⽣长的不同AlN缓冲层厚度（260 nm和520 nm）的蓝宝⽯衬底AlGaN / AlN / GaN异质结构HEMT，并对两种结果进⾏了对⽐，通过X射线衍射（XRD）和原⼦⼒显微镜（AFM）进⾏研究，其结果表明，使⽤260 nm厚缓冲层的器件具有更多的凹坑和突起，粗糙度更⾼。同年，印度的
P.Murugapandiyan等⼈报道了⼀种新型T型栅20 nm增强模式Al 0.5 Ga 0.5 N / AlN / GaN HEMT，器件采⽤重掺杂源—漏区和Al 2 O 3 钝化层，截⽌频率（f t ）和最⾼振荡频率（f max ）分别为325 GHz和553 GHz，采⽤2 nm厚的AlN势垒层使峰值漏电流密度达到3 A/mm，约翰逊优值为8.775 THz，其良好特性使其成为下⼀代⼤功率毫⽶波RF应⽤的单⽚微波集成电路最合适的候选技术。
图1 ⾼Al组分AlN / AlGaN HEMT结构⽰意图
2018年，张⼒江等⼈在SiC衬底上制备低缺陷AlN缓冲层，研制了⼀款L波段350 W AlGaN / GaN HEMT⼤功率器件，器件增益⼤于13 dB，效率⾼达81%。可靠性试验结果表明，器件抗失配能⼒达到10∶1。
2.1.2 FET器件
AlN通常⽤于FET器件的缓冲层、绝缘层、势垒层和衬底，AlN / GaN异质结FET具有很⾼的2DEG⾯密度和电⼦迁移率，传输特性优良，在电⼒电⼦器件和射频器件领域有着⾮常⼴阔的应⽤前景。髙温应⽤也是AlN异质结FET的重要优势之⼀。
2016年，⽇本的N. Kurose等⼈报道了⼀种Si衬底上通过形成纳⽶尺⼨⾃发通孔成功制作的导电AlN缓冲层垂直型AlGaN FET，通过在通孔中填充导电n - AlGaN使AlN的垂直导电率提⾼了1000倍，通过这种导电通孔AlN技术成功设计出350 nm垂直型UV - LED和垂直型UV传感器，193 nm时的响应度达到150 mA/W。同年，⽇本的R. G. Banal等⼈报道了⼀种采⽤AlN绝缘层的AlN / Al 2 O 3 堆叠栅H终端⾦刚⽯⾦属—绝缘体—半导体场效应晶体管（MISFET），5 nm厚的Al 2 O 3 层和175 nm厚的AlN膜分别采⽤原⼦层淀积和溅射淀积技术完成，MISFET的最⼤漏—源电流、阈值电压以
珍珠胸花水溶液锂电池的Al 2 O 3 层和175 nm厚的AlN膜分别采⽤原⼦层淀积和溅射淀积技术完成，MISFET的最⼤漏—源电流、阈值电压以及最⼤⾮本征跨导分别为-8.89 mA/mm，-0.22 V以及6.83 mS/mm。
2016年，S. Bajaj等⼈报道了⼀种在蓝宝⽯上AlN衬底上制作的超宽带隙Al 0.75 Ga 0.25 N沟道MISFET，采⽤梯度极化接触技术和凹槽栅结构，栅介质为原⼦层沉积的Al 2 O 3 ，器件结构如图2所⽰。⾼组分沟道⽐接触电阻率低⾄1 × 10 -6Ω · cm 2 ，该项研究⼯作使得超宽带隙AlGaN基器件⼴泛应⽤于电⼦器件和光电器件。
图2 Al 0.75 Ga 0.25 N沟道MISFET结构图
2017年，美国康奈尔⼤学和圣母⼤学联合推出在单晶AlN衬底上采⽤MBE法外延⽆应变GaN量⼦阱AlN / GaN
FET，AlN / GaN / AlN量⼦阱双异质结构使该类器件获得了最⾼迁移率（601 cm 2 · V -1 · s -1 ）和最低薄膜电阻（327Ω/□），2DEG密度⼤于2×10 13 / cm 2 。栅长为65 nm，器件的DC漏极电流⾼达2.0 A/mm并创下当时最⾼记录，⾮本征跨导峰值为250 mS/mm，电流截⽌频率约为120 GHz，通过采⽤宽带隙厚AlN势垒层使FET的击穿特性和热处理能⼒得到极⼤改善，为未来实现⾼压和⼤功率微波应变量⼦阱氮化物晶体管提供了技术基础。
2.2 光电⼦器件
光电⼦器件领域是AlN发展最为成熟的领域之⼀，AlN衬底较低的位错密度（典型值为10 5 cm -2 ）已
被证实优于Si、SiC和蓝宝⽯衬底器件，可极⼤地提⾼深紫外发光⼆极管、激光器和探测器的发光效率。⽬前已有采⽤AlN衬底的深紫外LED产品的销售，⽽AlN激光⼆极管（LD）和雪崩光电⼆极管（APD）探测器尚未进⼊实⽤化。通过使⽤AlN晶体衬底可使发光波长从UVA（400~320 nm）、UVB（320~280 nm）扩展到UVC（280~200 nm），使⽤Mg掺杂AlN纳⽶线阵列可有效改善材料的导电性，可实现⾼效深紫外光电器件。
2.2.1 LED
⼤多数AlN UV - LED异质结构⽣长在c平⾯蓝宝⽯衬底上，如图3所⽰。⼀般采⽤MOCVD⽣长技术，典型⽣长温度为1000~1200 ℃，有时可达1500 ℃，⼴泛应⽤于照明、医疗、⽔资源净化等领域，具有巨⼤的经济价值，但存在外部量⼦效率低（⼩于10%）等缺陷。
图3 使⽤AlN缓冲层的深紫外LED的典型外延结构图
2017年，⽇本信息通信研究机构的S. I. Inoue等⼈报道了深紫外AlGaN基LED在波长265 nm、输出功率⼤于150 mW 下，采⽤⼤⾯积纳⽶图形结构制作LED，使光提取效率提⾼了3倍，可满⾜实⽤化需求，为深紫外AlGaN基LED⼤规模应⽤奠定了基础。
2018年，美国威斯康星⼤学麦迪逊分校的D. Liu等⼈报道了⼀种在AlN本体单晶衬底上使⽤p型Si增强
空⽳注⼊400 nm 厚的AlN同质外延229 nm UV - LED，氮化物异质结构使⽤⾦属有机化学⽓相外延（MOVPE）法淀积，76 A/ cm 2 电流密度连续波⼯作状态下AlN / Al 0.77 Ga 0.23 N多量⼦阱（MQW）LED未出现效率下降，实现了本体衬底固有的低位错密度特性，证实了该结构是实现UVC LED的有效⽅法，未来也可⽤于激光器中。2018年，德国的N. Susilo等⼈报道了⼀种采⽤MOVPE法⽣长在溅射和⾼温退⽕（HTA）AlN / 蓝宝⽯衬底上的AlGaN基DUV LED，这种350 nm结构与常规ELO AlN / 蓝宝⽯LED相⽐，具有相似的缺陷密度、输出功率特性和外部量⼦效率（EQE），但曲率（-80 km -1 ）⽐ELO结构低1倍，且降低了复杂性和成本。2018年，中国科学院半导体研究所的L. Zhao等⼈推出了⼀种在溅射淀积AlN 模板上制作的AlGaN基UV - LED，把外延AlN/ AlGaN超晶格结构插⼊LED结构和AlN模板之间以降低位错密度，这种282 nm LED的光输出功率在20 mA时达 0.28 mW，外部量⼦效率为0.32%。
频偏
2.2.2 激光器
AlN UV激光器适⽤于激光显微、光谱仪、质谱仪、表⾯分析、材料处理以及激光光刻等领域。国际上有关AlN紫外激光器的研究相对较少，实现⾼质量AlN激光器的重要突破是AlN模板与AlN衬底的相互结合。
2016年，R. Kirste等⼈采⽤AlN衬底制作出265 nm室温AlGaN紫外激光器，输出功率⼤于80 mW；同
年，C. Liu等⼈研制了⼀款采⽤MOCVD在半极化AlN衬底上制作的波长为250~300 nm的AlInN / GaN量⼦阱紫外激光器，有源区设计包括⼀个2.4 nm厚的Al 0.91 In 0.09 N / Al 0.82 In 0.18 N触发层，0.3 nm厚的晶格匹配GaN层，超薄GaN层的作⽤是把电⼦—空⽳波函数定位于量⼦阱（QW）中⼼位置，从⽽实现较⾼的⽔平极化光增益，与传统的AlGaN QW系统相
⽐，255 nm波长下AlInN - GaN QW结构的⽔平极化光增益提⾼了3倍，⾼达3726 cm -1 ，通过调整GaN的厚度可为UV 激光器提供⼀种更加⾼效的有源区设计⽅案。
激光器提供⼀种更加⾼效的有源区设计⽅案。
2.2.3 光电探测器
基于宽禁带半导体材料（AlN和GaN等）的紫外探测器由于在紫外天⽂学、紫外探测、紫外通信、⽣物化学分析、⽕焰检测等领域的潜在应⽤得到了⼴泛研究。
2017年，德国费迪南德·布劳恩研究所研制出的⽇盲型Al 0.5 Ga0.5N / AlN⾦属—半导体—⾦属（MSM）光电探测器使⽤薄吸收层和⾮对称电极设计，在低电压（1 V）条件下实现了较⾼的外部量⼦效率值（25%），这种底部照明探测器使⽤Al 0.5 Ga 0.5 N吸收层和AlN缓冲层异质界⾯，通过使⽤对称探测和⾼密度电极对等综合设计使EQE得到进⼀步提升。2017年，美国东北⼤学的Z. Y. Qian等
⼈推出了基于⾼品质因数（Q）的50 nm厚的AlN压电谐振纳⽶盘的纳机电系统（NEMS）红外探测器，实现了⾼热阻（9.2 × 10 5 K/W）和⾼品质因数（1000），这种AlN NEMS谐振红外探测器具有超快热响应时间（80 µs），探测器的外形尺⼨下降到20 µm × 22 µm，品质因数提⾼了4倍。
国内将AlN材料应⽤于紫外探测器的研制也取得了较好的成果，2018年，上海⼤学的沈悦等⼈对其AlN / CdZnTe基紫外光探测器制备⽅法及应⽤技术申请了专利，在1 mm厚的AlN衬底上快速⽣长了⼤⾯积、⾼质量CdZnTe薄膜，从⽽使设计的紫外光探测器具有极端环境适应性，以及较强的紫外光响应性。2018年，中⼭⼤学的W. Zheng等⼈报道了⼀种采⽤⾼结晶度多步外延⽣长技术实现的背靠背型p - Gr /AlN / p - GaN 光电探测器，使⽤AlN作为光发⽣载体的真空紫外吸收层，并使⽤p型⽯墨烯（透射率⼤于96%）作为透明电极来收集受激空⽳，实现的新型真空紫外光伏检测异质结探测器取得了较理想的光响应度、⾼外部量⼦效率，以及极快的温度响应速度（80 ns），⽐传统光导器件的响应速度提⾼了10⁴~10⁶倍，这种新技术为实现理想的零功耗集成紫外光伏探测器提供了技术⽀撑，可使未来空间系统实现更长的服役期和更低的发射成本，同时实现更快速的星际⽬标探测。
2.3 SAW器件
在已知压电材料中，AlN薄膜的SAW传播速度是最快的，且AlN SAW器件具有良好的化学和热稳定性，以及对外界环境如压⼒、温度、应⼒、⽓体等具有极⾼的灵敏性，与常规传统Si CMOS技术相兼
容，因⽽成为⽆源传感、⽆线传感和移动信号处理的关键部件。随着最近⼗⼏年来⽆线通信技术的飞速发展，SAW传感器、谐振器和滤波器在实现⼩型化、多功能和⾼性价⽐⽅⾯有望取代传统半导体器件，成为未来复杂系统的核⼼技术。
2.3.1 滤波器
AlN滤波器主要包括兰姆波谐振滤波器和SAW / BAW滤波器，兰姆波谐振滤波器在未来单芯⽚多波段⽆线通信RF前端系统中使⽤较多，与SAW滤波器相⽐更具尺⼨优势；AlN在SAW / BAW滤波器中的应⽤较为成熟，已实现商品
化，SAW滤波器多⽤于中频，BAW滤波器更适合⾼频应⽤，且Q值更⾼，将在4G / 5G等通信领域得到⼴泛应⽤。n77
2015年，天津⼤学的J. Liang等⼈推出了⼀种基于AlN兰姆波谐振器的超⼩型140 MHz窄带滤波器，采⽤梯状兰姆波谐振器（LWR）结构，导带插⼊损耗为2.78 dB，为节约空间进⾏了优化设计，把电容与LWR单⽚集成在⼀起，AlN夹在钼电极中形成三明治结构，分别⽤作谐振器的压电层和电容器的介质层，在RF通信前端具有很好的应⽤前景。
2017年，美国卡内基梅隆⼤学的E. Calayir等⼈通过AlN MEMS和CMOS芯⽚的3D异质集成，实现了
⼀种带有⾃修复功能的窄带滤波器，并且把12个相同的1.15 GHz AlN MEMS⼦滤波器阵列制作在⼀个8英⼨Si器件上，使滤波器的插⼊损耗⼩于3.4 dB，带外抑制（OBR）⼤于15 dB，通过在AlN MEMS芯⽚上使⽤重新分布层使寄⽣电容下降到原来的
1/20，电阻下降到原来的1/5。
2017年，美国Akoustis技术公司的J. B. Shealy等⼈开发出了⼀款在SiC衬底上⽣长单晶AlN压电外延膜的3.7GHz宽带低损耗BAW滤波器，尺⼨为1.25 mm × 0.9mm，插⼊损耗为2.0 dB，器件结构包括⽣长在150 mm 4H - SiC衬底上的0.6µm厚的AlN外延层，8层掩模双⾯晶圆⼯艺包括溅射淀积⾦属电极和采⽤SiC衬底减薄⼯艺获得的谐振器。该谐振滤波器为实现⾼频移动、WiFi及其基础设施应⽤的⼩型化、⼤功率和⾼性能滤波器提供了⽀持。
2.3.2 传感器
虽然MEMS传感器及其阵列的主流技术仍以Si⼯艺为主，但AlN MEMS传感器的研究已⼴泛开展起来，薄膜本体声波传感器在电⼦⿐和胎压检测等领域应⽤较多。⽬前AlN传感器的研究⼀般是将多个传感器单元集成在同⼀衬底上，形成传感器阵列，采⽤激光微加⼯刻蚀技术进⾏⼯艺设计。2015年，俄罗斯的K. A. Tsarik等⼈报道了⼀种采⽤AlN外延膜制作的AlN / AlGaN / GaN HEMT SAW传感器，使⽤纳⽶级T型栅和极低厚度势垒，这种单⽚多层异质结构（MHS）传感器制作在SiC衬底上，采⽤MB
E⽣长氮化物层，MHS使⽤厚度为2 µm的⾼温AlN缓冲层把HEMT与声电⼦学功能连接起来，测得的SAW的相变灵敏度为6°，主要应⽤于⽣物医学领域。2015年，法国的A. Bongrain等⼈报道了⼀种制作超薄AlN压电传感器的新技术，采⽤CMOS技术提⾼了⼯艺兼容性，证明了把压电AlN薄膜淀积在Pt上具有更好的压电特
AlN压电传感器的新技术，采⽤CMOS技术提⾼了⼯艺兼容性，证明了把压电AlN薄膜淀积在Pt上具有更好的压电特性，同时降低了成本，有利于实现单⽚集成，对于技术的普及和推⼴⼗分有益，主要应⽤于医学检测领域。2015年，Z. Bao等⼈制作出⼀种SAW基⾼灵敏AlN薄膜应变传感器，⽤于传感器⽹络，在AlN薄膜上制作了叉指式转换器（IDT），多层膜包括Si衬底上的AlN和Pt / Ti，以及SiO 2 层，SiO 2 层⽤于声—电隔离和温度补偿，Pt膜⽤于形成c轴取向AlN膜籽晶层，器件的Q值和有效电⼦机械耦合系数分别为700和0.46%，该传感器在低温（⼩于400 ℃）下制作⽽成，可以使⽤IC后处理技术嵌⼊到单⽚振荡器中。2017年，印度的S. Yenuganti等⼈推出了⼀种采⽤硅岛⽀撑结构的带有AlN压电型SiN谐振梁的微型压⼒传感器，两层AlN压电膜夹在两层⾦属电极中，淀积在SiN谐振梁的边端，⽤于谐振致动和传感，下层电极完全埋⼊AlN压电层中。2017年，清华⼤学的S. L. Fu等⼈报道了⼀种在蓝宝⽯衬底上采⽤DC磁控溅射法制作的AlN外延膜，使⽤10 nm厚的ZnO缓冲层极⼤地改善了AlN外延膜的质量，并释放了膜应⼒。制备的SAW器件获得了近零应⼒和极低插损，中⼼频率为1.4 GHz，相位速度为5600 m/s，适⽤于通信领域的微传感器和微流量计。
2018年，美国Cornell⼤学的M. Abdelmejeed等⼈报道了⼀种CMOS兼容吉赫兹超声脉冲相移基超⾼速、⾼分辨率和宽温度范围传感器，其超声脉冲产⽣于制作在Si衬底上的3 µm厚的AlN压电薄膜转发器，通过检验证明该传感器在30~120℃温度范围时相移温度系数为12°/℃，器件的谐振频率为1.6 GHz，数据采集时间为600 ns，实现了极⾼的线性特性。2018年，美国Illinois⼤学的M. Kabir等⼈报道了⼀种AlN薄膜压电MEMS声发射传感器，这种传感器制作在Si衬底上，可在柔性和刚性体两种模式下⼯作，此MEMS器件包括两种不同频率（40 kHz和200 kHz）的传感器，微结构层包括掺杂硅、AlN和⾦属层，分别⽤作底部电极、传感层和顶部电极层，0.5 µm厚的AlN⽤于制作压电薄膜，该MEMS传感器使⽤100个单元的10 × 10阵列结构（约1 cm 2 ），⽤来替代传统的声发射传感器。
2.3.3 谐振器
AlN谐振器⼀般采⽤两种常规结构，⼀是薄膜本体声波谐振器（FBAR），另⼀种是等⾼线模式谐振器
（CMR），FBAR显⽰出⽐CMR更⾼的电⼦—机械耦合系数（），⽽CMR在实现⽚上⼩型化⽅⾯更具优势，两种结构的核⼼技术都是AlN薄膜制备⼯艺，通过调整AlN膜的厚度和质量可获得理想的器件频率。c轴取向AlN薄膜磁控溅射和⼲法刻蚀⼯艺是决定CMR谐振器性能的关键⼯艺，因与CMOS⼯艺相兼容，且易于在单芯⽚上集成多频器件，成为实现⼩尺⼨、⾼品质因数、⾼频、低阻特性的保证，是下⼀代⽆线通信系统中的实⽤技术。
2015年，C. Cassella等⼈提出⼀种集成了FBAR和CMR两种谐振器优势的超⾼频AlN MEMS⼆维模式谐振器
（2DMR），可以同时激发横向和纵向的声波，这种谐振器使⽤在两层相同⾦属栅中间夹5.9µm厚的AlN膜的三明治结构，在顶部和底部同时使⽤叉指型转换器，增加了设计灵活性，并获得了较⾼的电⼦—机械耦合系数和较低的动态电阻，机械品质因数⼤于2400，品质因数接近40，中⼼频率的光刻变化⼤于10%。2015年，C. Li等⼈研制出⼀种⽤于⾼温（500 ℃）传感器的AlN SAW谐振器，AlN薄膜采⽤室温下两步⽣长法淀积在Pt（50 nm） / Si衬底上，为消除AlN和Pt之间的晶格失配需要在Pt界⾯先淀积⼀层200 nm厚的富N AlN缓冲层，之后⾼速淀积2 µm AlN薄膜，这种AlN谐振器采⽤的是Pt底部悬浮电极，可实现更⾼的温度敏感性。2017年，美国桑迪亚实验室的M. D. Henry等⼈推出⼀种⽤于RF 滤波器的AlN和Sc 0.12 Al 0.88 N CMR谐振器，在AlN中引⼊钪（Sc）能极⼤地增强压电极化效应，ScAlN压电膜可改进有效耦合系数，同时保证谐振器具有良好的品质因数。
2017年，清华⼤学的W. Z. Wang等⼈报道了⼀种尺⼨为1107 µm × 721 µm的AlN / 4H - SiC多层结构SAW谐振器，这种谐振器采⽤MEMS兼容⼯艺制作⽽成，c轴取向2 µm厚的AlN薄膜采⽤RF反应磁控溅射⼯艺淀积在4H - SiC衬底上，AlN 的衍射峰值为36.10°，最低半峰全宽值（FWHM）仅为1.19°，同样适合在恶劣环境中应⽤。2017年，新加坡的N. Wang等⼈报道了采⽤硅通孔（TSV）集成技术的AlN压电谐振器，1 µm厚的AlN压电薄膜夹在两层约为0.2 µm厚的Mo 电极之间，谐振频率⼤于2 GHz，
分离式导电滑环动态阻抗⼩于10 Ω，可⽤于⾼频段长期演进（LTE）通信领域，在-40~125 ℃进⾏750次热循环试验之后没有出现频率漂移，因其超级可靠性和长期稳定性深受青睐。2018年，中国科学院的S. Yang等⼈推出了⼀种1 µm厚的AlN/ 蓝宝⽯双层衬底上制作的单端SAW谐振器，并对SAW波长（λ）、叉指转换器的孔径（L IDT ）、反射器光栅的数量（N ref ）以及反射器类型等参数对AlN谐振器的性能影响进⾏了分析，当λ = 8 µm时，声波速度为5536 ms -1 ，最⼤回波损耗幅差值为0.42 dB，为0.168%，从⽽使L IDT 从80 µm上升为240 µm，且⾮常适合⾼温传感器的应⽤。
2.4 电⼒电⼦器件
AlN具有极⾼的临界电场、⾼关态阻断电压、超低导通电阻、超快开关速度以及耐恶劣环境等优势，成为制备耐⾼压、⾼温电⼒电⼦器件的理想选择，在汽车电⼦、电动机车、⾼压输电及⾼效功率转换等⽅⾯具有较⼤潜⼒。据预测，AlN 器件的功率处理能⼒是SiC和GaN的15倍，因此被冠名为“下下代电⼒电⼦器件材料”，此外开发单晶低位错密度AlN衬底（⼩于10 3 cm -2 ）是实现⾼质量富AlAlGaN薄膜的基础，在AlN同质衬底上⽣长富Al AlGaN薄膜与蓝宝⽯衬底相⽐可使电阻率极⼤下降。
2016年，⽇本的H. Nogawa等⼈报道了⼀种采⽤新型薄AlN衬底制作的⼤功率绝缘栅双极晶体管（IGBT）模块，实现了⾼热耗散能⼒和⾼功率密度，有望应⽤于逆变器、⼯业⾃动化、再⽣能源以及电动机车领域，新的AlN薄绝缘衬底采⽤三种⼯艺实现：优化烧结条件加强AlN衬底的强度，改变铜线
设计以降低应⼒，优化设计保证绝缘能⼒，使薄层AlN衬底的热导率达到170 W · m -1 · K -1 ，强度500 MPa，热膨胀系数为10 -6 / K，有效抑制了衬底下焊接断裂的传播，极⼤
