图。(a)本研究中制造的金刚石场效应晶体管(FET)的结构。该FET的设计允许在施加栅极电压的同时进行霍尔测量，从而能够评估FET沟道中空穴的密度和迁移率。(b)首先将金刚石基底的表面暴露于氢等离子体中，以用氢终止它。然后在真空中将衬底转移到充满氩气的手套箱中。最后，解理的单晶六方氮化硼(h-BN)附着在金刚石基底上，从而减少了附着在金刚石表面的气载物质(作为受体)的量。鸣谢:NIMS国家材料科学研究所利用一种新的制造技术，开发出了一种具有高空穴迁移率的金刚石场效应晶体管(FET ),它可以降低传导损耗，提高运行速度。这种新的FET还表现出正常关闭行为(即，当没有施加栅极电压时，流经晶体管的电流停止，这一特性使电子设备更加安全)。这些结果可以促进低损耗功率转换和高速通信设备的发展。金刚石具有优异的宽带隙半导体性能:其带隙大于已经在实际应用中的碳化硅和氮化镓的带隙。因此，钻石有可能被用于制造电力电子和通信设备，能够在更高的速度、电压和温度下更高效地运行。以前已经进行了许多R& D项目，目的是利用氢封端的金刚石(即表面碳原子与氢原子共价键合的金刚石)制造场效应晶体管。然而，这些努力未能充分利用钻石优异的宽带隙半导体特性:这些钻石集成晶体管的空穴迁移率(衡量空穴移动速度的指标)仅为集成前钻石的1-10%。
NIMS研究小组通过使用六方氮化硼(h-BN)作为栅极绝缘体，而不是传统使用的氧化物(如氧化铝)，并通过采用能够防止氢封端金刚石表面暴露在空气中的新制造技术，成功开发了高性能FET。在高空穴密度下，这种FET的空穴迁移率是具有氧化物栅极绝缘体的传统FET的五倍。具有高空穴迁移率的fet可以在较低的电阻下工作，从而减少传导损耗，并且可以用于开发更高速度和更小的电子器件。该团队还演示了FET的常关操作，这是电力电子应用的一个重要特性。新的制造技术能够从氢封端的金刚石表面去除电子受体。这是该团队成功开发高性能FET的关键，尽管这些受体通常被认为是诱导氢封端钻石导电性所必需的。
这些结果是高性能电力电子和通信设备用高效金刚石晶体管开发的新里程碑。该团队希望进一步改善金刚石FET的物理特性，使其更适合实际应用。
这项研究发表在《自然电子》杂志上。
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