文章核心观点 西安电子科技大学郝跃院士团队张进成教授、张金风教授研究组在超宽禁带半导体金刚石功率器件方向取得重要进展，提出增强型金刚石高压场效应管新结构，实现高阈值电压和高击穿电压，为下一代电力电子系统提供重要技术路径 [1] 研究背景 - 金刚石是超宽禁带半导体典型代表，具有禁带宽度大、击穿场强高、热导率高等优点，被誉为“终极半导体”材料，成为研究热点 [2] - 氢终端和硅终端金刚石可形成表面 p 型电导，分别具有载流子浓度高和介质膜/金刚石界面质量好等特点 [2] - 现有增强型金刚石场效应管沟道性能不理想，存在界面电荷调控难度大等问题，阻碍高性能金刚石功率器件发展 [2] 研究内容 - 研究团队将氢终端金刚石高电导特性和硅终端金刚石高界面质量特性优势结合，提出新器件结构，突破增强型金刚石场效应管低阈值电压和耐压瓶颈 [3] - 器件工艺先制备高质量硅终端金刚石，再用低损伤刻蚀和氢化工艺制备氢终端金刚石，并在同一衬底制备硅/氢复合终端与单一氢终端金刚石器件对比 [3] 实验结果 - 氢终端金刚石结构表面粗糙度仅为 1.05 nm，保证器件漂移区载流子传输效率 [4] - 器件在 50 V 栅压摆幅范围内漏极电流与栅极泄漏电流低于 10⁻⁵ mA/mm，开关比超过 10⁷，开关特性优异 [4] - 器件实现 -8.6 V 高阈值电压，具备 -1376 V 关态击穿电压，击穿场强达 1.2 MV/cm，指标优于同类器件 [4] - 这是国际上硅终端沟道金刚石器件高压特性首次报道，kV 级击穿电压具里程碑意义，为其在高压大功率系统应用奠定基础 [4] 研究资助 该研究得到国家重点研发计划项目、国家自然科学基金创新群体/杰青/重点项目、中国博士后基金项目等资助 [9]