金剛石具有良好的電學(xué)和熱學(xué)性能，被認(rèn)為是高頻、大功率電子器件的終極半導(dǎo)體材料，金剛石場(chǎng)效應(yīng)晶體管（FET）具有廣闊的應(yīng)用前景。高頻大功率電子器件基本上要求具有低缺陷密度的晶圓級(jí)單晶半導(dǎo)體材料。金剛石(0 0 1)是最有希望通過(guò)CVD工藝將晶體尺寸擴(kuò)展到晶圓尺度的單晶金剛石。在單晶金剛石(0 0 1)上發(fā)展高性能金剛石FET是金剛石的關(guān)鍵需求。

       河北省半導(dǎo)體研究所（中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第十三研究所）馮志紅團(tuán)隊(duì)在單晶金剛石（0 0 1）上制備了具有同質(zhì)外延層的金剛石FET。拉曼光譜和光致發(fā)光光譜顯示，同質(zhì)外延層中的氮雜質(zhì)含量顯著降低。將100nm Al2O3作為柵極電介質(zhì)，制備的金剛石FET顯示出35Ω.mm的歐姆接觸電阻，500mA/mm的最大漏飽和電流密度和20.1mS/mm的最大跨導(dǎo)。得益于高質(zhì)量的Al2O3柵介質(zhì)和金剛石單晶材料，所得金剛石FET的最大漏極工作電壓可達(dá)-58V，在2GHz頻率下獲得了4.2W/mm的連續(xù)波輸出功率密度。在4GHz和10GHz下的輸出功率密度也得以提升，分別達(dá)到了3.1W/mm和1.7W/mm。該研究顯示了單晶金剛石在高頻大功率電子器件中的應(yīng)用潛力。對(duì)金剛石FET的電性能和器件結(jié)構(gòu)的改進(jìn)，將使其在未來(lái)發(fā)揮重要作用。

       相關(guān)的成果以“Hydrogen-terminated diamond MOSFETs on (0?0?1) single crystal diamond with state of the art high RF power density”為題，發(fā)表在 Functional Diamond 雜志上。

       文獻(xiàn)信息：

Yu C, Zhou C, Guo JC, He ZZ, Ma MY, Yu H, Song XB, Bu AM, Feng ZH. Hydrogen-terminated diamond MOSFETs on (0?0?1) single crystal diamond with state of the art high RF power density, Functional Diamond. 2022; 2(1): 64-70, 

DOI: 10.1080/26941112.2022.2082853

       通信作者

       馮志紅，中國(guó)電科首席科學(xué)家、研究員，博士畢業(yè)于香港科技大學(xué)電機(jī)與電子工程專業(yè)，中國(guó)電子科學(xué)研究院博士生導(dǎo)師、專用集成電路國(guó)家級(jí)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室常務(wù)副主任、國(guó)家百千萬(wàn)人才工程人選、國(guó)家有突出貢獻(xiàn)中青年專家、國(guó)際電工技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)專家、中國(guó)電子材料行業(yè)協(xié)會(huì)理事。發(fā)表SCI/EI檢索論文200余篇，出版專著3冊(cè)。研究方向涉及寬禁帶半導(dǎo)體、碳電子和固態(tài)太赫茲電子技術(shù)。獲國(guó)家科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)1項(xiàng)，省部級(jí)科技獎(jiǎng)勵(lì)9項(xiàng)。