具有最先进的高射频功率密度的(001)金刚石上的氢端金刚石MOSFET

金刚石具有良好的电学和热学性能，被认为是高频、大功率电子器件的终极半导体材料，金刚石场效应晶体管（FET）具有广阔的应用前景。高频大功率电子器件基本上要求具有低缺陷密度的晶圆级单晶半导体材料。金刚石(0 0 1)是最有希望通过CVD工艺将晶体尺寸扩展到晶圆尺度的单晶金刚石。在单晶金刚石(0 0 1)上发展高性能金刚石FET是金刚石的关键需求。

河北省半导体研究所（中国电子科技集团公司第十三研究所）冯志红团队在单晶金刚石（0 0 1）上制备了具有同质外延层的金刚石FET。拉曼光谱和光致发光光谱显示，同质外延层中的氮杂质含量显著降低。将100nm Al2O3作为栅极电介质，制备的金刚石FET显示出35Ω.mm的欧姆接触电阻，500mA/mm的最大漏饱和电流密度和20.1 mS/mm的最大跨导。得益于高质量的Al2O3栅介质和金刚石单晶材料，所得金刚石FET的最大漏极工作电压可达-58V，在2GHz频率下获得了4.2W/mm的连续波输出功率密度。在4GHz和10GHz下的输出功率密度也得以提升，分别达到了3.1W/mm和1.7W/mm。该研究显示了单晶金刚石在高频大功率电子器件中的应用潜力。对金刚石FET的电性能和器件结构的改进，将使其在未来发挥重要作用。

相关的成果以“Hydrogen-terminated diamond MOSFETs on (0 0 1) single crystal diamond with state of the art high RF power density”为题，发表在Functional Diamond杂志上。

通讯作者

冯志红 ，中国电科首席科学家、研究员，博士毕业于香港科技大学电机与电子工程专业，中国电子科学研究院博士生导师、专用集成电路国家级重点实验室常务副主任、国家百千万人才工程人选、国家有突出贡献中青年专家、国际电工技术标准委员会专家、中国电子材料行业协会理事。发表SCI/EI检索论文200余篇，出版专著3册。研究方向涉及宽禁带半导体、碳电子和固态太赫兹电子技术。获国家科技进步一等奖1项，省部级科技奖励9项。

来源：DT半导体