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日本宣布常閉型金剛石半導體試制成功

關鍵詞 金剛石 , 半導體|2016-08-29 10:56:00|來源 日經技術在線
摘要 日本金澤大學2016年8月19日宣布,通過與產業技術綜合研究所、電裝等的共同研究,制作出了采用金剛石半導體的反轉層溝道MOSFET,并成功對其進行了工作驗證。將來,通過為汽車、新干...
       日本金澤大學2016年8月19日宣布,通過與產業技術綜合研究所、電裝等的共同研究,制作出了采用金剛石半導體的反轉層溝道MOSFET,并成功對其進行了工作驗證。將來,通過為汽車、新干線、飛機、機器人、人造衛星、火箭、輸配電系統等導入使用金剛石半導體的功率元件,將有望為節能低碳化社會作出貢獻。

制作品的圖片和構造
此次制作的反轉層溝道金剛石MOSFET(左上)、用光學顯微鏡放大其中一個元件的圖片(右上)。紅色虛線部分是截面示意圖(左下為柵極電壓為0V時,右下為柵極電壓為負時)(圖片來源于金澤大學的發布資料)
       碳的單元素半導體——金剛石半導體具有導熱率(硅的14倍)及絕緣擊穿電場(硅的100倍)高的特點,尤其在需要大電壓和大電流的領域,這種半導體更有助于實現節能化。反轉層溝道MOSFET是降低功耗不可或缺的電壓控制元件,具備關閉時電流不會通過的常閉特性,可靠性較高,已在硅半導體中廣泛普及。但是,金剛石半導體卻因為工藝難度較高而存在課題,那就是很難形成良好的MOS構造,這是反轉層溝道MOSFET的基本構造。
       此次,研究人員通過獨有的微波等離子體增強化學氣相沉積技術,成功提高了n型金剛石半導體的品質,并提高了濕退火氧化膜及金剛石界面的品質。采用這些技術,制作出了反轉層溝道金剛石MOSFET,并成功驗證了其工作情況。
       對采用上述方法制作的MOSFET進行工作驗證的結果顯示,未施加柵極電壓時,柵極電流及漏極電流均在檢測極限以下(常閉特性)。增大施加給柵極的負電壓后,在MOS界面的n型金剛石半導體中空乏層擴大,進一步增大負電壓之后,少量載流子——空穴從漏極和源極區域流入,形成反轉層溝道,使得漏極電流可以通過。由此可確認,該器件實現了漏極電流的理想飽和特性,具有較高的導通截止比。
       此次的研究成果已作為“金剛石半導體裝置及其制造方法”申請了專利。今后還將進一步提高MOS界面的品質,以提高遷移率,還將在漏極區域導入耐壓層以提高電流和耐壓,從而滿足實際應用的需求。研究成果已于2016年8月22日發表在英國自然出版集團的網絡雜志《科學報告》(Scientific Reports)上。(特約撰稿人:工藤 宗介)
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