金刚石场效应晶体管(FET)在高频、大功率电子器件中具有巨大的应用潜力。对于高频大功率电子器件，基本要求低缺陷密度的晶圆级单晶半导体材料。(0 0 1)取向单晶金刚石是最有希望通过CVD工艺将晶体尺寸扩展到晶圆尺度的单晶金刚石。在(0 0 1)单晶金刚石上发展高性能金刚石FET 是金刚石的关键需求。
近日，河北半导体研究所（中国电子科技集团公司第十三研究所）冯志红团队在(0 0 1)单晶金刚石上制备了具有同质外延层的金刚石FET 。通过拉曼光谱和光致发光光谱测定，同质外延层中的氮杂质含量大大降低。以 100nm Al2O3作为栅极电介质的金刚石场效应晶体管显示出35 Ω·mm 的欧姆接触电阻。最大漏极饱和电流密度为 500 mA/mm，最大跨导为 20.1 mS/mm。由于Al2O3栅介质和单晶金刚石衬底的高质量，金刚石场效应晶体管的漏极工作电压可达−58 V。在2 GHz频率下获得了4.2 W/mm的连续波输出功率密度。4 GHz和10 GHz的输出功率密度也有所提高，分别达到3.1和1.7 W/mm。这项工作显示了单晶金刚石在高频、大功率电子器件上的应用潜力。相关研究以“Hydrogen-terminated diamond MOSFETs on (0 0 1) single crystal diamond with state of the art high RF power density”为题发表在 Functional Diamond 上。
文献链接：https://doi.org/10.1080/26941112.2022.2082853
