世界首款用于CMOS集成电路的N沟道金刚石场效应晶体管

日本国立材料科学研究所(NIMS)的研究小组开发出了世界上第一个n沟道金刚石MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)。所开发的n沟道金刚石MOSFET为面向恶劣环境应用的CMOS(互补金属氧化物半导体：计算机中最流行的技术之一)集成电路以及金刚石电力电子器件的发展迈出了关键一步。该研究发表在《先进科学》杂志上。

半导体金刚石具有5.5eV的超宽带隙能量、高载流子迁移率、高导热率等优异的物理特性，在高温环境等极端环境条件下具有高性能、高可靠性的应用前景。高水平辐射(例如，靠近核反应堆堆芯)。

通过使用金刚石电子器件，不仅可以减轻传统半导体的热管理需求，而且这些设备也更加节能，并且可以承受更高的击穿电压和恶劣的环境。

随着金刚石生长技术、电力电子学、自旋电子学以及可在高温和强辐射条件下工作的微机电系统(MEMS)传感器的发展，对基于金刚石CMOS器件的外围电路的单片集成需求不断增加。

对于CMOS集成电路的制造，传统硅电子器件需要p型和n型沟道MOSFET。然而，n沟道金刚石MOSFET尚未开发出来。

NIMS研究团队开发了一种技术，通过在金刚石中掺杂低浓度的磷，生长出具有原子水平光滑平坦平台的高质量单晶n型金刚石半导体。

利用该技术，该团队在世界上首次成功制造了n沟道金刚石MOSFET。该MOSFET主要由一个n沟道金刚石半导体层和另一个掺杂高浓度磷的金刚石层组成。

后者金刚石层的使用显着降低了源极和漏极接触电阻。该团队证实制造的金刚石MOSFET实际上具有N沟道晶体管的功能。

此外，该团队还验证了MOSFET的优异高温性能，其场效应迁移率(晶体管的重要性能指标)在300°C时约为150cm2/V·sec。

这些成果预计将促进CMOS集成电路的开发，用于在恶劣环境下制造节能电力电子器件、自旋电子器件和(MEMS)传感器。

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