Исследовательская группа Национального института материаловедения (NIMS) разработала первый в мире n-канальный алмазный MOSFET (полевой транзистор металл-оксид-полупроводник). Разработанный n-канальный алмазный МОП-транзистор обеспечивает ключевой шаг на пути к интегральным схемам КМОП (комплементарный металл-оксид-полупроводник: одна из самых популярных технологий в компьютерных чипах) для применения в суровых условиях окружающей среды, а также к разработке алмазной силовой электроники. Исследование опубликовано в журнале Advanced Science.
Полупроводниковый алмаз обладает выдающимися физическими свойствами, такими как сверхширокозонная энергия 5,5 эВ, высокая подвижность носителей заряда и высокая теплопроводность, что перспективно для применения в экстремальных условиях окружающей среды с высокой производительностью и высокой надежностью, например, в средах с высокими температурами. и высокие уровни радиации (например, вблизи активных зон ядерных реакторов).
Используя алмазную электронику, можно не только снизить требования к терморегулированию для обычных полупроводников, но и эти устройства также становятся более энергоэффективными и могут выдерживать гораздо более высокие напряжения пробоя и суровые условия окружающей среды.
С развитием технологий выращивания алмазов, силовой электроники, спинтроники и датчиков микроэлектромеханических систем (МЭМС), работающих в условиях высоких температур и сильного излучения, возрос спрос на периферийные схемы на основе алмазных КМОП-устройств для монолитной интеграции.
Для изготовления интегральных схем КМОП для обычной кремниевой электроники требуются канальные МОП-транзисторы как p-, так и n-типа. Однако n-канальные алмазные МОП-транзисторы еще не были разработаны.
Эта исследовательская группа NIMS разработала метод выращивания высококачественных монокристаллических алмазных полупроводников n-типа с гладкими и плоскими террасами на атомном уровне путем легирования алмаза низкой концентрацией фосфора.
Используя эту технику, команде впервые в мире удалось изготовить n-канальный алмазный МОП-транзистор. Этот МОП-транзистор состоит в основном из n-канального слоя алмазного полупроводника поверх другого слоя алмаза, легированного высокой концентрацией фосфора.
Использование последнего алмазного слоя значительно снизило контактное сопротивление истока и стока. Команда подтвердила, что изготовленный алмазный МОП-транзистор на самом деле функционирует как n-канальный транзистор.
Кроме того, команда подтвердила превосходные высокотемпературные характеристики МОП-транзистора, о чем свидетельствует его полевая подвижность — важный показатель производительности транзистора — примерно 150 см 2 /В・сек при 300°C.
Ожидается, что эти достижения будут способствовать разработке интегральных схем КМОП для производства энергоэффективной силовой электроники, устройств спинтроники и (МЭМС) датчиков, работающих в суровых условиях.
