金刚石MOSFET，日本首创
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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。
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。
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，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。
原文链接
https://eetimes.itmedia.co.jp/ee/articles/2401/29/news059.html
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