金刚石半导体功率器件再获突破性进展！

发布时间：2025-03-28 15:29:42 | 浏览量： 23次

近日，西安电子科技大学郝跃院士团队再次传来重磅消息！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领域取得突破性进展，相关研究成果发表于国际顶级期刊《IEEE Electron Device Letters》。这一成果不仅标志着我国在金刚石半导体领域的技术实力迈上新台阶，更为未来高压、高效率电力电子系统的发展提供了全新的技术路径。




金刚石作为"终极半导体"材料的独特优势令人瞩目：5.5eV超宽禁带、13MV/cm击穿场强、22W/cm·K卓越热导率，使其在高压、高温、强辐射等极端环境下展现出无与伦比的潜力。然而，低阈值电压与耐压瓶颈两大技术难题，长期制约着金刚石器件的实用化进程。







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技术突破：硅/氢终端复合结构




研究团队创新性地提出了一种硅/氢终端金刚石复合导电通道的新型器件结构。这一设计巧妙结合了硅终端金刚石的高界面质量和氢终端金刚石的高电导特性，成功实现了增强型金刚石高压场效应管的突破。



具体来说，研究团队通过以下技术路径实现了这一突破：


1.高质量硅终端金刚石制备：

利用硅终端金刚石的优异界面质量，确保器件的高阈值电压。

2.氢终端金刚石的低损伤刻蚀与氢化工艺：

在栅源通道区与栅漏漂移区引入氢终端金刚石，提升载流子传输效率。

3、复合终端设计：

在同一衬底上集成硅终端和氢终端金刚石，优化器件性能。







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性能飞跃：高阈值电压与kV级击穿电压




实测数据显示，该器件实现三大核心突破：

1、金刚石功率器件实现了-8.6 V的高阈值电压和-1376 V的关态击穿电压，击穿场强达到1.2 MV/cm，性能指标远超国内外同类器件水平。这一成果不仅是国际上首次报道硅终端沟道金刚石器件的高压特性，更为未来高压大功率系统的应用奠定了坚实基础。；

 2、器件在宽达50 V的栅压摆幅范围内，漏极电流与栅极泄漏电流均低于10-5mA/mm；

3、开关比超过107，展现出优异的开关特性。



这些性能指标表明，该器件在高效电力电子系统中具有巨大的应用潜力。








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产业前景：金刚石功率器件的应用前景




1、新能源汽车：

可显著提升电机驱动系统的能效密度

2、 5G/6G基站：

为高频高功率射频器件提供终极解决方案

3、航空航天：

耐受极端温度辐射的星载功率系统

4、智能电网：

构建更高效的特高压直流输电网络







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     总     结     




此次突破不仅标志着我国抢占超宽禁带半导体技术制高点，更为全球碳中和目标提供了关键支撑。随着金刚石功率器件的进一步优化与产业化，有望重塑电力电子领域的技术格局，推动人类社会向更高能效时代迈进。







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  关于碳方程  




碳方程，主要从事第三、四代半导体材料专用设备的研发与制造，其核心业务为金刚石半导体材料所需的MPCVD长晶设备的研发与生产。公司致力于完善金刚石大尺寸材料的加工工艺及相关配套设备，旨在实现核心设备的自主化与产业化，以推动整个行业的快速发展。



截止目前，公司已成功研发出6KW/10KW/15KW等MPCVD长晶设备并大批量应用于金刚石行业，与此同时，公司在技术创新上持续深耕，2024年已顺利推出915MHZ MPCVD设备，并小批量出货。





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