金刚石MOSFET,日本首创
科技创新
日本国立材料科学研究所(NIMS)于2024年1月25日宣布开发出世界第一款“n型金刚石MOSFET”。其在300℃下场效应迁移率约为150cm² /V·sec。实现金刚石CMOS集成电路成为可能荷官发牌网站。 她儿子自小学习成绩优秀,高中毕业后,考上一所985名牌大学,今年读大一。 在几何学中,有些图形看起来似乎是不可能存在的,但数学家们却通过巧妙的构造方法,让这些“不可能”的图形变成了现实。其中最著名的例子莫过于“彭罗斯三角”了。 原则上,即使在高温和高辐射环境下,金刚石半导体也能够实现高...
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日本国立材料科学研究所(NIMS)于2024年1月25日宣布开发出世界第一款“n型金刚石MOSFET”。其在300℃下场效应迁移率约为150cm² /V·sec。实现金刚石CMOS集成电路成为可能荷官发牌网站。
她儿子自小学习成绩优秀,高中毕业后,考上一所985名牌大学,今年读大一。
在几何学中,有些图形看起来似乎是不可能存在的,但数学家们却通过巧妙的构造方法,让这些“不可能”的图形变成了现实。其中最著名的例子莫过于“彭罗斯三角”了。
原则上,即使在高温和高辐射环境下,金刚石半导体也能够实现高介电强度和高速开关。然而,由于控制掺杂的困难,实现CMOS结构所必需的n沟道MOSFET的形成至今尚未实现。
为了形成n型金刚石MOSFET,需要生长高晶体质量的金刚石n-型沟道外延层(以下简称外延层)和高导电性的n +接触外延层。
NIMS研究团队使用NIMS专有的微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)方法精确控制高温高压合成(HPHT)单晶金刚石基板的[111]晶面上的掺杂浓度。形成了高质量的n型金刚石外延层。
具体来说,用于器件沟道的 轻磷掺杂n-金刚石外延层直接生长在HPHT金刚石基底表面上。然后将重磷掺杂的n +层沉积在n -层上以形成欧姆接触。当使用原子力显微镜(AFM)确认时,发现n型金刚石的同质外延生长以原子方式形成平均粗糙度约为0.1 nm的台阶。
此外,进行二次离子质谱(SIMS)发现磷浓度在生长表面内均匀分布,并且使供体失活的氢含量低于测量极限。金刚石外延层在300℃高温环境下的电子迁移率为212cm² /V·sec。
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研究团队验证了所制造的 MOSFET 的运行情况。结果,可以通过施加到栅极的电压来控制在源极和漏极(n +层)之间流动的漏极电流,并且从极性确认了电子(n型)导电性。与室温相比,300℃下的漏极电流值增加约4个数量级,并且300℃下的场效应电子迁移率约为150cm² /V·sec。
此外,在 300°C 的高温下实现了微秒级的开关速度。增加栅极幅度会增加沟道的电导率,从而实现更快的开关速度。
日本团队,发布金刚石MOSFET
早稻田大学和 Power Diamonds Systems (PDS) 开发了一种结构,其中金刚石表面覆盖有氧化硅终端(C-Si-O 终端),当栅极电压为 0V 时,该结构会关闭晶体管。为此他们宣布开发出一种“常关”钻石 MOSFET。
该成果由Hiroshi Kawarada教授、FU Yu、Norito Narita、Xiahua Zhu、早稻田大学兼职教授Atsushi Hiraiwa、PDS的Kosuke Ota、PDS联合创始人兼首席执行官Tatsuya Fujishima等人贡献。详细信息已于 12 月 13 日在半导体器件/工艺技术国际会议 IEEE 国际电子器件会议 (IEDM 2023) 上公布。
MOSFET是一种MOS结构的场效应晶体管(FET),具有高速、低导通电阻、高击穿电压的特点,特别适合作为电机驱动的开关元件,高速开关大电流等已经完成。
关于被称为终极功率半导体材料的金刚石半导体,世界各地都在进行使用氢端接(CH)结构的金刚石MOSFET的研究和开发,但由于2DHG,荷官发牌网站导致即使栅极电压为0V晶体管也导通的“常开”操作,并且不可能实现晶体管截止的常关状态当栅极电压为0V时。
因此,如果将常开型器件应用于电力电子器件,当器件停止正常工作时,将无法安全地停止该器件,因此需要实现常关型操作。在此背景下,PDS和早稻田大学研究小组发现,由于高温氧化,覆盖金刚石表面的氢原子的C-H键转变为CO键,该表面成为电子缺陷,导致其性能恶化。该公司一直致力于通过改进这一点来实现 FET 的稳定运行。
在这项研究中,我们采用了一种器件结构,其中金刚石表面具有氧化硅(C-Si-O)键,而不是传统的CO-Si键。结果,p沟道MOSFET的空穴迁移率为150cm 2 /V·s,高于SiC n沟道MOSFET的电子沟道迁移率,常关操作的信号阈值电压为3 〜5V,这是传统金刚石半导体无法实现的,据说是可以防止意外传导(短路)的值。
此外,PDS对水平氧化硅端接金刚石MOSFET的最大漏极电流超过300 mA/mm,垂直氧化硅端接金刚石MOSFET的最大漏极电流超过200 mA/mm。据说这是该系列中常关金刚石 MOSFET 的最高值。
两家公司均声称,通过用C-Si-O键覆盖其表面荷官发牌网站,它们已成为比传统CH表面更耐高温和更耐氧化的稳定器件,该公司认为其可用性使其适合大规模生产。为此,川原田教授认为,易于在社会上实现的金刚石功率半导体已经实现,PDS将继续加强金刚石MOSFET的研发,以期金刚石半导体的普及和实用化。他们的目标是开发一种适合大规模生产的器件工艺,并以更简单的结构实现更高的耐压性。
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