Исследовательская группа NIMS разработала первый в мире n-канальный алмазный МОП-транзистор (полевой транзистор металл-оксид-полупроводник). Разработанный n-канальный алмазный МОП-транзистор представляет собой ключевой шаг к созданию интегральных схем CMOS (комплементарный металл-оксид-полупроводник: одна из самых популярных технологий в компьютерных чипах) для применения в суровых условиях, а также к разработке алмазной силовой электроники.
Полупроводниковый алмаз обладает выдающимися физическими свойствами, такими как сверхширокозонная энергия 5,5 эВ, высокая подвижность носителей и высокая теплопроводность и т.д., что является перспективным для применения в экстремальных условиях окружающей среды с высокой производительностью и надежностью, таких как среды с высокими температурами и высоким уровнем радиации (например, в близость к активным зонам ядерных реакторов). Используя diamond electronics, можно не только снизить потребность в терморегулировании для обычных полупроводников, но и сделать эти устройства более энергоэффективными и способными выдерживать гораздо более высокие напряжения пробоя и суровые условия эксплуатации. С другой стороны, с развитием технологий выращивания алмазов, силовой электроники, спинтроники и датчиков микроэлектромеханических систем (MEMS), работающих в условиях высоких температур и сильного излучения, возрос спрос на периферийные схемы на основе алмазных КМОП-устройств для монолитной интеграции. Для изготовления КМОП-интегральных схем требуются как канальные МОП-транзисторы p-, так и n-типа, как те, которые требуются для обычной кремниевой электроники. Однако n-канальные алмазные МОП-транзисторы еще предстояло разработать.
Исследовательская группа NIMS разработала методику выращивания высококачественных монокристаллических алмазных полупроводников n-типа с гладкими и плоскими террасами на атомном уровне путем легирования алмаза низкой концентрацией фосфора. Используя этот метод, команде впервые в мире удалось изготовить n-канальный алмазный МОП-транзистор. Этот МОП-транзистор состоит в основном из n-канального алмазного полупроводникового слоя поверх другого алмазного слоя, легированного высокой концентрацией фосфора. Использование последнего алмазного слоя значительно снизило контактное сопротивление истока и стока. Команда подтвердила, что изготовленный алмазный МОП-транзистор действительно функционировал как n-канальный транзистор. Кроме того, команда проверила отличные характеристики МОП-транзистора при высоких температурах, о чем свидетельствует его полевая подвижность - важный показатель производительности транзистора - приблизительно 150 см2/В・сек при 300°C.
Ожидается, что эти достижения будут способствовать разработке КМОП-интегральных схем для производства энергоэффективной силовой электроники, спинтронных устройств и MEMS-датчиков в суровых условиях эксплуатации.
Комментарии