早稻田大學和 Power Diamonds Systems (PDS) 開發了一種結構,其中金剛石表面覆蓋有氧化硅終端(C-Si-O 終端),當柵極電壓為 0V 時,該結構會關閉晶體管。為此他們宣布開發出一種“常關”金剛石 MOSFET。
該成果由Hiroshi Kawarada教授、FU Yu、Norito Narita、Xiahua Zhu、早稻田大學兼職教授Atsushi Hiraiwa、PDS的Kosuke Ota、PDS聯合創始人兼首席執行官Tatsuya Fujishima等人貢獻。詳細信息已于 12 月 13 日在半導體器件/工藝技術國際會議 IEEE 國際電子器件會議 (IEDM 2023) 上公布。
MOSFET是一種MOS結構的場效應晶體管(FET),具有高速、低導通電阻、高擊穿電壓的特點,特別適合作為電機驅動的開關元件,高速開關大電流等已經完成。
關于被稱為終極功率半導體材料的金剛石半導體,世界各地都在進行使用氫端接(CH)結構的金剛石MOSFET的研究和開發,但由于2DHG,導致即使柵極電壓為0V晶體管也導通的“常開”操作,并且不可能實現晶體管截止的常關狀態當柵極電壓為0V時。
因此,如果將常開型器件應用于電力電子器件,當器件停止正常工作時,將無法安全地停止該器件,因此需要實現常關型操作。在此背景下,PDS和早稻田大學研究小組發現,由于高溫氧化,覆蓋金剛石表面的氫原子的C-H鍵轉變為CO鍵,該表面成為電子缺陷,導致其性能惡化。該公司一直致力于通過改進這一點來實現 FET 的穩定運行。
在這項研究中,我們采用了一種器件結構,其中金剛石表面具有氧化硅(C-Si-O)鍵,而不是傳統的CO-Si鍵。結果,p溝道MOSFET的空穴遷移率為150cm 2 /V·s,高于SiC n溝道MOSFET的電子溝道遷移率,常關操作的信號閾值電壓為3~5V,這是傳統金剛石半導體無法實現的,據說是可以防止意外傳導(短路)的值。
此外,PDS對水平氧化硅端接金剛石MOSFET的最大漏極電流超過300 mA/mm,垂直氧化硅端接金剛石MOSFET的最大漏極電流超過200 mA/mm。據說這是該系列中常關金剛石 MOSFET 的最高值。
兩家公司均聲稱,通過用C-Si-O鍵覆蓋其表面,它們已成為比傳統CH表面更耐高溫和更耐氧化的穩定器件,該公司認為其可用性使其適合大規模生產。為此,川原田教授認為,易于在社會上實現的金剛石功率半導體已經實現,PDS將繼續加強金剛石MOSFET的研發,以期金剛石半導體的普及和實用化。他們的目標是開發一種適合大規模生產的器件工藝,并以更簡單的結構實現更高的耐壓性。
審核編輯:劉清
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原文標題:日本團隊:金剛石MOSFET研制取得最新進展
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