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研究人员在金刚石晶体管中看到了一线希望

国亮宗
导读碳的独特性质,当以金刚石形式存在时,长期以来一直引起半导体研究人员的兴趣。尽管将钻石作为半导体领域的下一件大事已经看到了许多错误的

碳的独特性质,当以金刚石形式存在时,长期以来一直引起半导体研究人员的兴趣。尽管将钻石作为半导体领域的下一件大事已经看到了许多错误的开始(和未开始),但来自的一些新研究提供了新的希望。

国家材料科学研究所 (NIMS) 的研究人员展示的关键进展是设计了具有高电子空穴迁移率的金刚石场效应晶体管 (FET)。需要更大的空穴迁移率,因为它可以减少传导损耗并允许更高的操作速度。然而,以前的研究人员在努力诱导导电性的过程中削弱了钻石的这种固有品质,而导电性对于电子功能至关重要。

NIMS 使用单晶六方氮化硼 (h-BN) 代替典型的氧化物材料作为栅极绝缘体。有一个石墨栅电极,金刚石是衬底。此外,研究人员在氩气中制造了新的 FET,然后将其层压在 h-BN 中,因此它与空气没有任何接触。

Yamaguchi 表示,以前制造金刚石晶体管的尝试面临“非常低的迁移率,仅为金刚石原始空穴迁移率的 1% 到 10% 之间”的问题。在过去的几年里,FET 研究使用了表面碳原子与氢原子共价键合的钻石。这种氢掺杂技术以前被认为是导电性所必需的,但实际上阻碍了金刚石的天然宽带隙半导体特性。不幸的是,这引入了载流子散射,降低了材料的自然空穴迁移率。

然而,根据 Yamaguchi 的说法,新的金刚石 FET 设计提供的“空穴迁移率是使用氧化物栅极绝缘体的传统 FET 的 5 倍,是 GaN 和 SiC p 沟道 FET 的 20 多倍”。更高的空穴迁移率也意味着更低的传导损耗,因此“沟道迁移率增加 20 倍意味着沟道损耗减少了二十分之一,”他解释道。

潜在的第一个用例应用程序

研究人员认为,这些新组件在低损耗功率转换和高速通信必不可少的电子应用中非常理想。金刚石 FETS 的另一个有趣且可能非常有用的品质是它们具有常关特性——例如,这在故障安全电力电子应用中具有极大的吸引力。

仍然需要大量工作来改进金刚石 FET 并使它们成为实用且有用的替代品;然而,NIMS 取得了重大进展。即使成本阻碍采用的明显障碍以及金刚石晶圆的最大尺寸阻碍了前进的道路,一些早期采用者可能仍会被金刚石 FET 所吸引。