金刚石基晶体管实现里程碑式突破

由格拉斯哥大学研究人员领导的一项具有里程碑意义的进展可能有助于创造用于大功率电子产品的新一代金刚石基晶体管。

该团队找到了一种新方法，将金刚石作为晶体管的基础，该晶体管在默认情况下保持关闭状态，这对于确保导通时携带大量电流的设备的安全至关重要。

金刚石具有固有的宽带隙，使其能够在电击穿之前处理比硅高得多的电压，因此对电网或电动汽车等高功率电子应用特别有吸引力。

格拉斯哥大学詹姆斯-瓦特（James Watt）工程学院教授戴维-莫兰（David Moran）领导的研究小组与来自澳大利亚皇家墨尔本理工大学（RMIT University）和美国普林斯顿大学（Princeton University）的合作伙伴共同开展了这项研究。他们的研究成果为《Extreme Enhancement-Mode Operation Accumulation Channel Hydrogen-Terminated Diamond FETs with Vth <−6V and High on-Current》，已发表在《先进电子材料》（Advanced Electronic Materials）杂志上。

Moran 说：“电力电子设备面临的挑战是，开关的设计需要能够在不使用时保持牢固关闭状态，以确保其符合安全标准，但它还必须在打开时提供非常高的功率。

“以前最先进的金刚石晶体管通常擅长于一个而牺牲另一个——这些开关擅长保持关闭状态，但不太擅长按需提供电流，反之亦然。我们能够做的是设计出一种在这两方面都擅长的金刚石晶体管，这是一个重大的进展。

在格拉斯哥大学的詹姆斯-瓦特纳米加工中心，研究小组利用表面化学技术提高了金刚石的性能，在金刚石表面镀上氢原子，然后再镀上一层氧化铝。他们的金刚石晶体管需要 6 伏电压才能导通，是以前的金刚石晶体管的两倍多，同时在激活时仍能提供高电流。

他们还提高了电荷通过器件的效率，与传统的金刚石晶体管相比，性能提高了一倍。实际上，这意味着电荷可以更自由地通过设备，从而提高其效率。

当关闭时，该设备的电阻足够高，以至于它在实验室中测量的噪声低于团队设备的本底噪声，这意味着在它应该关闭时几乎没有电流泄漏，这对于高功率应用来说是一个至关重要的安全功能。

Moran 补充道：“这些确实是令人鼓舞的结果，使金刚石晶体管比以往任何时候都更接近实现其潜力。对于许多人将金刚石与奢侈品联系在一起的材料来说，金刚石的生产成本出奇地低，但在金刚石晶体管准备好被制造业扩大规模之前，仍有挑战需要解决。我们希望我们的研究将有助于推动未来几年金刚石晶体管在各行各业的采用。