В Японии разработан первый в мире n-канальный алмазный полевой транзистор для КМОП интегральных схем

Исследовательская группа японского Национального института материаловедения (NIMS) разработала первый в мире n-канальный алмазный MOSFET (полевой транзистор металл-оксид-полупроводник). Разработанный n-канальный алмазный МОП-транзистор обеспечивает ключевой шаг на пути к интегральным схемам КМОП (комплементарный металл-оксид-полупроводник: одна из самых популярных технологий в компьютерных чипах) для применения в суровых условиях окружающей среды, а также к разработке алмазной силовой электроники.

Исследование опубликовано в журнале Advanced Science.

Алмаз имеет самый высокий показатель качества среди всех известных полупроводников для электронных устройств следующего поколения, такими как сверхширокозонная энергия 5,5 эВ, высокая подвижность носителей заряда и высокая теплопроводность, что перспективно для применения с высокой надежностью и производительностью в экстремальных условиях окружающей среды, например, в средах с высокими температурами. и высокими уровнями радиации. Например, вблизи активных зон ядерных реакторов.

Используя алмазную электронику, можно значительно снизить требования к терморегулированию и энергоэффективности для обычных полупроводниковых устройств. Эти устройства также могут выдерживать более высокие напряжения пробоя и суровые условия окружающей среды.

С развитием технологий выращивания алмазов, силовой электроники, спинтроники и датчиков микроэлектромеханических систем (МЭМС), работающих в условиях высоких температур и сильного излучения, возник большой спрос на периферийные схемы на основе алмазных КМОП-устройств для монолитной интеграции. Для изготовления КМОП интегральных схем требуются канальные МОП-транзисторы как p-, так и n-типа. Однако n-канальные алмазные МОП-транзисторы до этого времени не были разработаны.

Группа учёных NIMS разработала метод выращивания высококачественных монокристаллических алмазных полупроводников n-типа с гладкими и плоскими террасами на атомном уровне путем легирования алмаза низкой концентрацией фосфора. Используя эту технику, команде впервые в мире удалось изготовить n-канальный алмазный МОП-транзистор. Этот МОП-транзистор состоит из n-канального слоя алмазного полупроводника поверх другого слоя алмаза, легированного высокой концентрацией фосфора.

Использование последнего алмазного слоя значительно снизило контактное сопротивление истока и стока. Команда подтвердила, что изготовленный алмазный МОП-транзистор на самом деле функционирует как n-канальный транзистор. Кроме того, команда подтвердила превосходные высокотемпературные характеристики МОП-транзистора, о чем свидетельствует его полевая подвижность — важный показатель производительности транзистора — примерно 150 см²/В*сек при 300°C.

Ожидается, что эти достижения будут способствовать разработке КМОП интегральных схем для производства энергоэффективной силовой электроники, устройств спинтроники и датчиков МЭМС, работающих в суровых климатических условиях.

Источник