【DT半导体】获悉，近日，西安电子科技大学郝跃院士团队张进成教授、张金风教授研究组在超宽禁带半导体金刚石功率器件方向取得重要进展。在国际知名期刊《IEEE Electron Device Letters》上发表了题为“Integration of Oxidized Silicon- and Hydrogen-terminated Diamond p-channels for Normally-off High-voltage Diamond Power Devices”的最新研究成果，西电为第一完成单位，团队博士后付裕为本文第一作者。该研究将硅终端和氢终端金刚石的优势相结合，提出采用硅/氢终端金刚石复合导电通道的增强型金刚石高压场效应管新结构，器件实现了高阈值电压（-8.6 V）和高击穿电压（-1376 V）的优异性能，为下一代高耐压、高效率电力电子系统提供了重要技术路径。
金刚石是超宽禁带半导体的典型代表，具有禁带宽度大（5.5 eV）、击穿场强高（13 MV/cm）、热导率高（22 W·cm-1·K-1）等优点，在高压、大功率、高温、极端环境电子器件及探测器应用中具有显著优势，也被誉为“终极半导体”材料，成为国内外争相布局的研究热点。金刚石在不同的表面终端条件下，表面的物理和电学性质会发生显著的变化，其中氢终端和硅终端金刚石都可形成表面p型电导（二维空穴气2DHG），分别具有载流子浓度高和介质膜/金刚石界面质量好等特点。经过多年的发展，基于二维空穴气表面沟道的耗尽型氢终端金刚石MOSFET器件性能取得了长足进步；通过对氢终端金刚石MOSFET的栅下沟道或栅介质进行特殊处理，器件也可实现增强型工作模式。然而，现有增强型金刚石场效应管的沟道性能不够理想，存在界面电荷调控难度大等问题，导致器件阈值电压绝对值较低，严重阻碍了高性能金刚石功率器件的发展。
近年来，硅终端金刚石技术受到高度关注：表面碳–硅键能够基本维持金刚石的sp3结构，界面质量优异；氧化后硅终端金刚石表面的电导率降低，有利于实现高阈值电压增强型器件。受此启发，研究团队创新性地将氢终端金刚石的高电导特性和硅终端金刚石的高界面质量特性优势相结合，提出将硅终端金刚石作为栅控沟道、将氢终端金刚石作为栅源通道区与栅漏漂移区的器件新结构，突破了增强型金刚石场效应管的低阈值电压和耐压瓶颈。器件工艺采用先制备高质量硅终端金刚石、再利用低损伤刻蚀和氢化工艺制备氢终端金刚石的技术方案，并且通过版图设计在同一衬底上制备了硅/氢复合终端，和单一氢终端金刚石器件作了对比。
图1 简化的器件制备工艺示意图
图2 器件和终端结构示意图
实验结果表明，氢终端金刚石结构的表面粗糙度仅为1.05 nm，保证了器件漂移区的载流子传输效率。此外，器件在宽达50 V的栅压摆幅范围内保持低于10⁻⁵ mA/mm的漏极电流与栅极泄漏电流，开关比超过10⁷，展现出优异的开关特性。最终，器件实现了高达-8.6 V的高阈值电压，并具备-1376 V的关态击穿电压，击穿场强达到1.2 MV/cm，指标优于国内外同类器件水平。这一结果是国际上硅终端沟道金刚石器件高压特性的第一次报道，其kV级击穿电压具有里程碑式意义，为该类器件在未来高压大功率系统中的应用奠定了基础。
图3 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
图4 器件转移特性结果
图5 器件击穿特性和阈值电压统计结果
该研究得到国家重点研发计划项目、国家自然科学基金创新群体/杰青/重点项目、中国博士后基金项目等的资助。
2025（第五届）碳基半导体材料与器件产业发展论坛
4月10-12日 浙江宁波
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论坛背景
Background of the Forum
碳基半导体（包括金刚石、碳化硅、石墨烯和碳纳米管等）因其超宽禁带、高热导率、高载流子迁移率以及优异的化学稳定性等卓越的特性，正在成为解决传统硅基半导体材料逐渐逼近物理极限问题的关键途径。在人工智能、5G/6G通信、新能源汽车等迅猛发展的新兴产业领域表现出广阔的应用前景。尤其是在当前不确定的国际局势和贸易环境背景下，碳基半导体战略意义凸显，成为多国布局的重要赛道。
为此，由DT新材料将举办的2025（第五届）碳基半导体材料与器件产业发展论坛，以“创新·融合（金刚石&“金刚石+”）”为主题，将围绕金刚石以及“金刚石+”半导体的生长、精密加工、键合、器件制造、高效热管理应用等环节中的关键技术和设备，搭建一个汇聚顶尖专家学者、企业家和产业界人士的高水平交流平台，分享与探讨碳基半导体产业趋势、创新成果和应用需求，推动碳基半导体产业上下游合作，助力产业链高质量发展。
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论坛信息
Forum Info
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论坛组织
Forum organization
主办单位：DT新材料
业务指导单位：
宁波高新区组织部
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论坛设置
Forum Settings
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第一波嘉宾剧透
First Wave of Guest Spoiler
（1）孙振路，河北普莱斯曼金刚石科技有限公司董事长
长期从事直流等离子喷射化学气相沉积金刚石膜制备和加工工艺研究
主要从事金刚石晶体材料、透明件材料以及高导热复合材料等研究
（3）袁超，武汉大学研究员
长期从事晶圆薄膜热物性和器件结温检测技术研发，瞬态热反射检测技术标准制定推动者
（4）陆洋，香港大学机械工程系讲席教授
主要研究领域为微纳米力学及先进制造，对纳米金属的冷焊（cold welding）以及硅与金刚石在纳米尺度下的超大弹性等现象的发现做出重要贡献，并致力于中/高熵合金等新型金属微点阵材料的研究
（5）徐文慧，中国科学院上海微系统与信息技术研究所研究员
长期从事氧化镓与高导热衬底异质集成技术研究
（6）孙靖宇，苏州大学教授博士生导师，苏州大学能源学院副院长
主要从事新型石墨烯材料、碳基能源材料研究
（7）王俊嘉东南大学青年特聘教授，博士生导师
长期从事光电子集成技术的研究，主持国家重点研发计划“新型调制器件及工艺研究”，参与欧盟“石墨烯旗舰”、英国“光子光速公路”、加拿大“硅光电子集成电路”等项目，涉及通信、传感、器件与装置方面。
（8）魏飞，清华大学教授
长期从事流态化、多相反应工程及碳纳米管结构控制与批量生产技术
（9）黄中杰，东华大学研究员、博士生导师
主要从事表界面分子科学与器件相关研究
（10）简贤，电子科技大学研究员、博导，碳基电子材料团队负责人
主要研究碳吸波材料，锂电池集流体，金刚石，碳基储能材料及器件
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核心议题
core subject
**拟定议题，以实际议程为准。欢迎企业和科研单位提供和定制议题方向。
主论坛：碳基半导体的机遇与挑战
（1）新的国际局势与政策导向下的碳基半导体发展趋势研判
（2）AI等未来产业驱动下的碳基半导体的市场需求与前景分析
（3）碳基半导体（金刚石、碳化硅、石墨烯和碳纳米管等）前沿研究进展
（4）碳基半导体器件（金刚石及“金刚石+”）产业化与应用进展
（5）碳基半导体产业投资分析
主题一：金刚石半导体制备与应用探索
（1）大尺寸、低成本金刚石制备技术与产业化推进
（2）高效、低损伤金刚石精密加工技术
（3）金刚石功率器件的热管理解决方案
（4）金刚石在高功率LED封装应用
主题二：“金刚石+”半导体制造与规模化应用
（1）“金刚石+”半导体异质外延生长（金刚石薄膜）
（2）“金刚石+”半导体键合技术
（3）“金刚石+”半导体先进光刻与微纳加工
（4）“金刚石+”半导体先进封装（2.5D/3D集成）
（5）“金刚石+”半导体（SiC、GaN、Ga2O3、AlN、BN）的最新研究进展及其在功率器件、二极管、射频器件、滤波器、热管理等领域应用
主题三：石墨烯&碳纳米管制备以及其在柔性&高速电子设备领域的应用
（1）石墨烯晶圆的大尺寸制备、带隙调控及器件研究
（2）石墨烯在柔性电子和可穿戴设备中的应用
（3）碳纳米管的手性控制与选择性生长
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参会注册
Registration
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学生(/人)
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特别提醒
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