金剛石場效應晶體管(FET)在高頻、大功率電子器件中具有巨大的應用潛力。對于高頻大功率電子器件，基本要求低缺陷密度的晶圓級單晶半導體材料。(0 0 1)取向單晶金剛石是最有希望通過CVD工藝將晶體尺寸擴展到晶圓尺度的單晶金剛石。在(0 0 1)單晶金剛石上發展高性能金剛石FET 是金剛石的關鍵需求。

       近日，河北半導體研究所（中國電子科技集團公司第十三研究所）馮志紅團隊在(0 0 1)單晶金剛石上制備了具有同質外延層的金剛石FET 。通過拉曼光譜和光致發光光譜測定，同質外延層中的氮雜質含量大大降低。以 100nm Al2O3作為柵極電介質的金剛石場效應晶體管顯示出35 Ω·mm 的歐姆接觸電阻。最大漏極飽和電流密度為 500 mA/mm，最大跨導為 20.1 mS/mm。由于Al2O3柵介質和單晶金剛石襯底的高質量，金剛石場效應晶體管的漏極工作電壓可達−58 V。在2 GHz頻率下獲得了4.2 W/mm的連續波輸出功率密度。4 GHz和10 GHz的輸出功率密度也有所提高，分別達到3.1和1.7 W/mm。這項工作顯示了單晶金剛石在高頻、大功率電子器件上的應用潛力。相關研究以“Hydrogen-terminated diamond MOSFETs on (0 0 1) single crystal diamond with state of the art high RF power density”為題發表在 Functional Diamond 上。

       文獻鏈接：https://doi.org/10.1080/26941112.2022.2082853