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世界首个钻石材料n型MOSFET:场效应迁移率达150cm2/V·s

2024-03-21 16:44:27 综合报道 阅读:
日本国立材料研究所的研究团队(NIMS)成功开发了世界上第一个金刚石 n型MOSFET,为创建专为极端条件设计的CMOS集成电路和基于金刚石的电力电子器件的进一步发展开辟了新的可能性……

金刚石俗称“金刚钻”,也就是我们常说的钻石,这种材料具有5.5 eV的禁带宽度、高载流子迁移率和优异的导热性,理论上,金刚石半导体可以在高温和高辐射暴露环境(如核电站堆芯附近)等极端条件下实现高介电强度和高速开关等优异性能。RlIednc

如果能利用这些优势开发CMOS,不仅可以减轻传统半导体的热管理需求,而且这些设备的能源效率也会更高,性能将远超于传统硅基器件。但CMOS结构需要形成p型和n型导电沟道,此前还没有使用金刚石实现具有n型MOSFET的案例。RlIednc

而就在最近,日本国立材料研究所的研究团队(NIMS)成功开发了世界上第一个金刚石 n型MOSFET,为创建专为极端条件设计的CMOS集成电路和基于金刚石的电力电子器件的进一步发展开辟了新的可能性。相关成果以“High-Temperature and High-Electron Mobility Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistors Based on N-Type Diamond”为题发表在《Advanced Science》杂志上。RlIednc

要想实现金刚石CMOS,必须要实现对称掺杂控制,也就必须要开发金刚石n-MOS。然而,由于电子级高质量n型金刚石生长的难点众多,n沟道金刚石MOSFET长期以来一直没能成功。而该研究团队基于阶梯流横向生长模式,使用磷进行掺杂,克服了传统制造方式的困境,成功实现了具有原子级平坦平面的n沟道金刚石MOSFET。RlIednc

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阶梯流横向生长模式示意图RlIednc

在使用该材料作为沟道层的MOSFET结构中,其源极和漏极接触电阻显著降低,证明该MOSFET能够有效地充当n沟道晶体管。该器件的高温性能十分优异,其场效应迁移率(晶体管性能重要衡量指标),在300°C时可达约150 cm2 V1 s1,远超于其他宽禁带半导体材料,未来有望应用于高功率电子器件,以及极端环境传感器等领域。RlIednc

责编:Ricardo
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