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(duì)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(duì)于確保導(dǎo)通時(shí)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(duì)電網(wǎng)或電動(dòng)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(lái)自澳大利亞皇家墨爾本理工大學(xué)（RMIT University）和美國(guó)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(shuō)：“電力電子設(shè)備面臨的挑戰(zhàn)是，開關(guān)的設(shè)計(jì)需要能夠在不使用時(shí)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(shí)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(zhǎng)于一個(gè)而犧牲另一個(gè)——這些開關(guān)擅長(zhǎng)保持關(guān)閉狀態(tài)，但不太擅長(zhǎng)按需提供電流，反之亦然。我們能夠做的是設(shè)計(jì)出一種在這兩方面都擅長(zhǎng)的金剛石晶體管，這是一個(gè)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(shí)在激活時(shí)仍能提供高電流。

他們還提高了電荷通過(guò)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(guò)設(shè)備，從而提高其效率。

當(dāng)關(guān)閉時(shí)，該設(shè)備的電阻足夠高，以至于它在實(shí)驗(yàn)室中測(cè)量的噪聲低于團(tuán)隊(duì)設(shè)備的本底噪聲，這意味著在它應(yīng)該關(guān)閉時(shí)幾乎沒(méi)有電流泄漏，這對(duì)于高功率應(yīng)用來(lái)說(shuō)是一個(gè)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(shí)候都更接近實(shí)現(xiàn)其潛力。對(duì)于許多人將金剛石與奢侈品聯(lián)系在一起的材料來(lái)說(shuō)，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(dòng)未來(lái)幾年金剛石晶體管在各行各業(yè)的采用。