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摘要

超宽禁带半导体金刚石材料在高温、高压电路中具有重要的应用潜力. 本研究采用微波等离子体化学气相沉积生长的单晶金刚石衬底制备了原子层沉积(atomic layer deposition, ALD)的Al ₂O ₃栅介质的氢终端金刚石金属氧化物半导体场效应晶体管(metal oxide semiconductor field effect transistor, MOSFET)器件, 并与负载电阻互连, 成功制备了金刚石反相器. 4 μm栅长的氢终端金刚石器件实现了最大113.4 mA/mm的输出饱和漏电流, 器件开关比高达10 ⁹, 并在不同负载电阻条件下均成功测得金刚石反相器的电压反转特性, 反相器的最大增益为10.

关键词:

金刚石/
场效应管/
反相器

Abstract

Diamond has a wide band gap, high carrier mobility, and high thermal conductivity, thereby possessing great potential applications in high power, and high temperature electronics devices, and also inhigh temperature logic circuit. In this work, we fabricate a hydrogen terminated diamond metal-oxide-semiconductor field effect transistor (MOSFET) by using the atomic layer deposition grown Al ₂O ₃as a gate dielectric and passivation layer. The device has a gate length and width of 4 μm and 50 μm, respectively. The device delivers a maximum output current of about 113.4 mA/mm at V _GSof –6 V and an ultra-high on/off ratio of 10 ⁹. In addition, we fabricate three resistors, respectively, with an interelectrode distance of 20, 80 and 160 μm, corresponding to the resistance value of 16.7, 69.5 and 136.4 kΩ, respectively. The logic inverter is realized by combining the MOSFET with the load resistance, and the characteristics of the logic inverter are demonstrated successfully, which indicates that the diamond MOSFET has great potential applications in future logic circuits.

Keywords:

作者及机构信息

1.
2.

通信作者:任泽阳,zeyangren@xidian.edu.cn

基金项目:国家磁约束核聚变能发展研究专项基金(批准号: 2019YFE03100200)、国家自然科学基金(批准号: 62127812, 62004148, 61874080)、国家科技重大专项(批准号: 2009ZYHW0015)、陕西省自然科学基础研究计划(批准号: 2020JQ-315, 2018ZDCXL-GY-01-01-02, 2019ZDLGY16-02)和中国博士后科学基金(批准号: 2021TQ0256)资助的课题.

Authors and contacts

1.
2.

Corresponding author:Ren Ze-Yang,zeyangren@xidian.edu.cn

Funds:Project supported by the National Special Fund for Magnetic Confinement Nuclear Fusion Energy R&D Program (Grant No. 2019YFE03100200), the National Natural Science Foundation of China (Grant Nos. 62127812, 62004148, 61874080), the National Science and Technology Major Project of the Ministry of Science and Technology of China (Grant No. 2009ZYHW0015), the Natural Science Basic Research Program of Shanxi Province, China (Grant Nos. 2020JQ-315, 2018ZDCXL-GY-01-01-02, 2019ZDLGY16-02), and the China Postdoctoral Science Foundation (Grant No. 2021TQ0256).

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200	450	15.0	24	5.2	[10]
400	450	2.0	17	59.0	[26]
15	300	4.0	2	113.4	本工作

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