由格拉斯哥大學(xué)研究人員領(lǐng)導(dǎo)的一項(xiàng)具有里程碑意義的進(jìn)展可能有助于創(chuàng)造用于大功率電子產(chǎn)品的新一代金剛石基晶體管。

該團(tuán)隊找到了一種新方法，將金剛石作為晶體管的基礎(chǔ)，該晶體管在默認(rèn)情況下保持關(guān)閉狀態(tài)，這對于確保導(dǎo)通時攜帶大量電流的設(shè)備的安全至關(guān)重要。

金剛石具有固有的寬帶隙，使其能夠在電擊穿之前處理比硅高得多的電壓，因此對電網(wǎng)或電動汽車等高功率電子應(yīng)用特別有吸引力。

格拉斯哥大學(xué)詹姆斯-瓦特（James Watt）工程學(xué)院教授戴維-莫蘭（David Moran）領(lǐng)導(dǎo)的研究小組與來自澳大利亞皇家墨爾本理工大學(xué)（RMIT University）和美國普林斯頓大學(xué)（Princeton University）的合作伙伴共同開展了這項(xiàng)研究。他們的研究成果為《Extreme Enhancement-Mode Operation Accumulation Channel Hydrogen-Terminated Diamond FETs with Vth <−6V and High on-Current》，已發(fā)表在《先進(jìn)電子材料》（Advanced Electronic Materials）雜志上。

Moran 說：“電力電子設(shè)備面臨的挑戰(zhàn)是，開關(guān)的設(shè)計需要能夠在不使用時保持牢固關(guān)閉狀態(tài)，以確保其符合安全標(biāo)準(zhǔn)，但它還必須在打開時提供非常高的功率。

“以前最先進(jìn)的金剛石晶體管通常擅長于一個而犧牲另一個——這些開關(guān)擅長保持關(guān)閉狀態(tài)，但不太擅長按需提供電流，反之亦然。我們能夠做的是設(shè)計出一種在這兩方面都擅長的金剛石晶體管，這是一個重大的進(jìn)展。

在格拉斯哥大學(xué)的詹姆斯-瓦特納米加工中心，研究小組利用表面化學(xué)技術(shù)提高了金剛石的性能，在金剛石表面鍍上氫原子，然后再鍍上一層氧化鋁。他們的金剛石晶體管需要 6 伏電壓才能導(dǎo)通，是以前的金剛石晶體管的兩倍多，同時在激活時仍能提供高電流。

他們還提高了電荷通過器件的效率，與傳統(tǒng)的金剛石晶體管相比，性能提高了一倍。實(shí)際上，這意味著電荷可以更自由地通過設(shè)備，從而提高其效率。

當(dāng)關(guān)閉時，該設(shè)備的電阻足夠高，以至于它在實(shí)驗(yàn)室中測量的噪聲低于團(tuán)隊設(shè)備的本底噪聲，這意味著在它應(yīng)該關(guān)閉時幾乎沒有電流泄漏，這對于高功率應(yīng)用來說是一個至關(guān)重要的安全功能。

Moran 補(bǔ)充道：“這些確實(shí)是令人鼓舞的結(jié)果，使金剛石晶體管比以往任何時候都更接近實(shí)現(xiàn)其潛力。對于許多人將金剛石與奢侈品聯(lián)系在一起的材料來說，金剛石的生產(chǎn)成本出奇地低，但在金剛石晶體管準(zhǔn)備好被制造業(yè)擴(kuò)大規(guī)模之前，仍有挑戰(zhàn)需要解決。我們希望我們的研究將有助于推動未來幾年金剛石晶體管在各行各業(yè)的采用。