金剛石具有良好的電學和熱學性能，被認為是高頻、大功率電子器件的終極半導體材料，金剛石場效應晶體管（FET）具有廣闊的應用前景。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單晶半導體材料。金剛石(0 0 1)是最有希望通過CVD工藝將晶體尺寸擴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是金剛石的關鍵需求。

       河北省半導體研究所（中國電子科技集團公司第十三研究所）馮志紅團隊在單晶金剛石（0 0 1）上制備了具有同質外延層的金剛石FET。拉曼光譜和光致發(fā)光光譜顯示，同質外延層中的氮雜質含量顯著降低。將100nm Al2O3作為柵極電介質，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。得益于高質量的Al2O3柵介質和金剛石單晶材料，所得金剛石FET的最大漏極工作電壓可達-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用潛力。對金剛石FET的電性能和器件結構的改進，將使其在未來發(fā)揮重要作用。

       相關的成果以“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，中國電科首席科學家、研究員，博士畢業(yè)于香港科技大學電機與電子工程專業(yè)，中國電子科學研究院博士生導師、專用集成電路國家級重點實驗室常務副主任、國家百千萬人才工程人選、國家有突出貢獻中青年專家、國際電工技術標準委員會專家、中國電子材料行業(yè)協(xié)會理事。發(fā)表SCI/EI檢索論文200余篇，出版專著3冊。研究方向涉及寬禁帶半導體、碳電子和固態(tài)太赫茲電子技術。獲國家科技進步一等獎1項，省部級科技獎勵9項。