金剛石CMOS集成電路的發(fā)展又向前邁進(jìn)了一步。
NIMS的一個(gè)研究小組開(kāi)發(fā)了世界上第一個(gè)n溝道金剛石MOSFET（金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管）。這一突破標(biāo)志著實(shí)現(xiàn)基于金剛石的CMOS（互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體）集成電路邁出了重要的一步，使其能夠在極端環(huán)境中使用，并推動(dòng)了基于金剛石的電力電子技術(shù)的發(fā)展。
金剛石作為半導(dǎo)體具有優(yōu)異的物理性能，包括5.5 eV的超寬帶隙、高載流子遷移率和優(yōu)異的導(dǎo)熱性。這些特性使金剛石成為在極端條件下高性能、高可靠性應(yīng)用的極具前景的材料，如高溫和強(qiáng)輻射，如核反應(yīng)堆堆芯附近。
與傳統(tǒng)半導(dǎo)體相比，金剛石電子產(chǎn)品不僅減少了對(duì)復(fù)雜熱管理系統(tǒng)的需求，而且還提供更高的能源效率，更高的擊穿電壓耐受性，以及在惡劣環(huán)境下的耐用性。
金剛石CMOS集成的需求
另一方面，隨著金剛石生長(zhǎng)技術(shù)、可在高溫強(qiáng)輻射條件下工作的電力電子、自旋電子和微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）傳感器的發(fā)展，基于金剛石CMOS器件的外圍電路的單片集成需求增加。為了制造CMOS集成電路，需要p型和n型溝道MOSFET，就像在傳統(tǒng)的硅電子產(chǎn)品中一樣。然而，n溝道金剛石MOSFET尚未開(kāi)發(fā)。
NIMS研究組開(kāi)發(fā)了一種技術(shù)，通過(guò)在金剛石中摻入低濃度的磷，在原子水平上生長(zhǎng)出光滑平坦的高質(zhì)量單晶n型金剛石半導(dǎo)體（上圖左圖）。利用該技術(shù)，該團(tuán)隊(duì)在世界上首次成功制造了n溝道金剛石MOSFET。
設(shè)計(jì)和性能驗(yàn)證
該MOSFET主要由n溝道金剛石半導(dǎo)體層在另一層摻雜高濃度磷的金剛石層上組成（上圖中圖）。后一層金剛石的使用顯著降低了源極和漏極接觸電阻。該團(tuán)隊(duì)證實(shí)，制造的金剛石MOSFET實(shí)際上具有n溝道晶體管的功能。
此外，該團(tuán)隊(duì)驗(yàn)證了MOSFET的優(yōu)異高溫性能，如其場(chǎng)效應(yīng)遷移率（一個(gè)重要的晶體管性能指標(biāo)）所示，在300°C時(shí)約為150 cm2/V / sec（上圖右圖）。
這些成果有望促進(jìn)CMOS集成電路的發(fā)展，用于在惡劣環(huán)境下制造節(jié)能電力電子產(chǎn)品、自旋電子器件和（MEMS）傳感器。
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