在寻找更好的宽带隙 (WBG) 材料的过程中，研究人员正在寻求利用金刚石来制造用于高功率和高频电子设备的场效应晶体管 (FET)。硅 (si) 通常作为一种用于高功率和高频电子制造的材料，并在其中占据主导地位。尽管广泛使用，但研究人员和公司仍在研究“次佳”的宽带隙材料，例如碳化硅 (SiC)、氮化镓 (GaN)，甚至金刚石。更具体地说，这些宽带隙材料希望在高功率和高频电子应用中具有优于硅的优势。
具有六方氮化硼栅极绝缘体和石墨栅极的金刚石 FET 的特写视图
此外，替代宽带隙材料可能更适合电网应用，并提供可靠性和更高的能量转换效率，以实现高效的绿色电子系统。那么金刚石作为一种可能用于电力应用的半导体材料？与碳化硅和氮化镓相比，它有什么显着优势？
金刚石作为电子器件中的 WBG 材料
如前所述，金刚石作为一种宽带隙材料越来越受欢迎，因为硅可能达到其理论极限，以满足最先进的大功率电子设备不断增长的需求。
在发射电流中使用金刚石 PiN 二极管进行真空功率切换的示例图
金刚石优于SiC等其他材料的一个领域是其高介电击穿强度和高临界电场。这一优势可能有利于降低高功率工程设备和应用中肖特基势垒二极管 (SBD)击穿电压能力的导通电阻。此外，正如英国格拉斯哥大学的研究人员过去所证明的那样，工程师还可以利用金刚石制造具有改进的射频 (RF) 性能和 55 GHz 高截止频率的基于金刚石的 FET。
金刚石进入大功率应用
由于其某些电气特性，金刚石已进入高功率设备和应用领域。在查看了对基于金刚石的电力电子设备的一些研究之后，这些设备可以在高温下舒适地运行，而无需最先进的大功率电子设备的广泛冷却和电路保护要求。这种类型的应用可以在金刚石肖特基整流器的示例中看到，该整流器实现了高温操作和低导通电阻以及高达 8kV的高击穿电压。
MESFET的示意图
此外，研究人员已经在金刚石金属半导体场效应晶体管 (MESFET) 和金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)中展示了高频操作。通常，这些组件针对高功率射频(RF)功率放大器中的应用。
金刚石的带隙宽、击穿场强高、载流子迁移率高，此外，它还具有热导率高、耐高温、抗酸碱、抗腐蚀、抗辐照等优越的性能，使其在高功率、高频、高温领域等方面发挥重要作用。化合积电专注宽禁带半导体金刚石的生产研发，核心产品有金刚石晶圆、金刚石热沉片、金刚石窗口片、金刚石异质集成复合衬底等，致力于推动金刚石在大功率激光器、5G通讯、新能源汽车、新能源光伏、航空航天等领域的应用。
