日本宣布常闭型金刚石半导体试制成功

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　　日本金泽大学近日日宣布，通过与产业技术综合研究所、电装等的共同研究，制作出了采用金刚石半导体的反转层沟道MOSFET，并成功对其进行了工作验证。将来，通过为汽车、新干线、飞机、机器人、人造卫星、火箭、输配电系统等导入使用金刚石半导体的功率元件，将有望为节能低碳化社会作出贡献。

　　制作品的图片和构造

　　此次制作的反转层沟道金刚石MOSFET（左上）、用光学显微镜放大其中一个元件的图片（右上）。红色虚线部分是截面示意图（左下为栅极电压为0V时，右下为栅极电压为负时）（图片来源于金泽大学的发布资料）

　　碳的单元素半导体——金刚石半导体具有导热率（硅的14倍）及绝缘击穿电场（硅的100倍）高的特点，尤其在需要大电压和大电流的领域，这种半导体更有助于实现节能化。反转层沟道MOSFET是降低功耗不可或缺的电压控制元件，具备关闭时电流不会通过的常闭特性，可靠性较高，已在硅半导体中广泛普及。但是，金刚石半导体却因为工艺难度较高而存在课题，那就是很难形成良好的MOS构造，这是反转层沟道MOSFET的基本构造。

　　此次，研究人员通过独有的微波等离子体增强化学气相沉积技术，成功提高了n型金刚石半导体的品质，并提高了湿退火氧化膜及金刚石界面的品质。采用这些技术，制作出了反转层沟道金刚石MOSFET，并成功验证了其工作情况。

　　对采用上述方法制作的MOSFET进行工作验证的结果显示，未施加栅极电压时，栅极电流及漏极电流均在检测极限以下（常闭特性）。增大施加给栅极的负电压后，在MOS界面的n型金刚石半导体中空乏层扩大，进一步增大负电压之后，少量载流子——空穴从漏极和源极区域流入，形成反转层沟道，使得漏极电流可以通过。由此可确认，该器件实现了漏极电流的理想饱和特性，具有较高的导通截止比。

　　此次的研究成果已作为“金刚石半导体装置及其制造方法”申请了专利。今后还将进一步提高MOS界面的品质，以提高迁移率，还将在漏极区域导入耐压层以提高电流和耐压，从而满足实际应用的需求。研究成果已于2016年8月22日发表在英国自然出版集团的网络杂志《科学报告》（Scientific Reports）上。（特约撰稿人：工藤 宗介）

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