手机资讯
官方微信
近日，西安电子科技大学郝跃院士团队再次传来重磅消息！张进成教授、张金风教授研究组在超宽禁带半导体金刚石功率器件领域取得突破性进展，相关研究成果发表于国际顶级期刊《IEEE Electron Device Letters》。这一成果不仅标志着我国在金刚石半导体领域的技术实力迈上新台阶，更为未来高压、高效率电力电子系统的发展提供了全新的技术路径。
金刚石被誉为“终极半导体”材料，因其超宽的禁带宽度（5.5 eV）、极高的击穿场强（13 MV/cm）和优异的热导率（22 W/cm·K），在高压、大功率、高温及极端环境下的电子器件应用中展现出无可比拟的优势。
然而，金刚石功率器件的研发一直面临两大难题：低阈值电压和耐压瓶颈。这些问题严重制约了金刚石在高性能电力电子系统中的实际应用。
01、突破性创新：硅/氢终端复合结构
张金风教授研究团队创新性地提出了一种硅/氢终端金刚石复合导电通道的新型器件结构。这一设计巧妙结合了硅终端金刚石的高界面质量和氢终端金刚石的高电导特性，成功实现了增强型金刚石高压场效应管的突破。
器件和终端结构示意图
具体来说，研究团队通过以下技术路径实现了这一突破：
1.高质量硅终端金刚石制备：利用硅终端金刚石的优异界面质量，确保器件的高阈值电压。
2.氢终端金刚石的低损伤刻蚀与氢化工艺：在栅源通道区与栅漏漂移区引入氢终端金刚石，提升载流子传输效率。
3.复合终端设计：在同一衬底上集成硅终端和氢终端金刚石，优化器件性能。
02性能卓越：高阈值电压与kV级击穿电压
实验结果显示，该新型金刚石功率器件实现了-8.6 V的高阈值电压和-1376 V的关态击穿电压，击穿场强达到1.2 MV/cm，性能指标远超国内外同类器件水平。这一成果不仅是国际上首次报道硅终端沟道金刚石器件的高压特性，更为未来高压大功率系统的应用奠定了坚实基础。
此外，器件在宽达50 V的栅压摆幅范围内，漏极电流与栅极泄漏电流均低于10-5mA/mm，开关比超过107，展现出优异的开关特性。这些性能指标表明，该器件在高效电力电子系统中具有巨大的应用潜力。
器件漂移区氢终端金刚石表面AFM测试结果以及器件输出特性结果
器件击穿特性和阈值电压统计结果
03、未来展望：金刚石功率器件的应用前景
随着新能源汽车、5G通信、人工智能等领域的快速发展，对高性能半导体器件的需求日益增长。金刚石功率器件凭借其卓越的性能，有望在以下领域发挥重要作用：高压电力电子系统：如智能电网、高铁牵引系统等；极端环境应用：如航空航天、核能等领域的高温、高辐射环境；高效能源转换：如电动汽车的电机驱动系统，提升能源利用效率。
西安电子科技大学郝跃院士团队的这一突破性成果，不仅彰显了我国在超宽禁带半导体领域的技术实力，更为全球半导体产业的发展注入了新的活力。未来，随着金刚石功率器件的进一步优化与产业化，电力电子系统将迎来革命性变革，推动人类社会向更高效、更绿色的能源利用方式迈进！
参考来源：
陕西阳光报社，磨料磨具
宽禁带科技论：西电张进成教授等在金刚石高压功率器件领域取得重要进展
陕西两高校科研突破：青睐第三代半导体的未来
论文链接：https://ieeexplore.ieee.org/document/10836805
豫公网安备41019702003646号