本报讯 近日，日本国立材料科学研究所（NIMS）的研究团队开发出了世界上首个n通道金刚石金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）。这一突破标志着实现基于金刚石的互补金属氧化物半导体（CMOS）集成电路迈出了重要一步，使其能够在极端环境中使用，并推动了基于金刚石的电力电子的发展。

金刚石具有卓越的物理特性，包括5.5电子伏特的超宽带隙、高载流子迁移率和出色的热导率。这些特性让金刚石在高温、强辐射等极端条件下，成为高性能、高可靠性应用的理想材料，比如可应用于核反应堆核心附近的设备。与传统半导体相比，金刚石电子不仅减少了对复杂热管理系统的需求，而且还具有更高的能源效率、击穿电压耐受性。

随着金刚石生长技术以及在高温、强辐射环境下工作的电力电子、自旋电子和微机电系统（MEMS）传感器的发展，对基于金刚石CMOS器件的外围电路进行单片集成的需求越来越大。与传统的硅基电子产品一样，制造CMOS集成电路需要p型和n型沟道MOSFET，然而此前n沟道金刚石MOSFET一直未被成功开发出来。

该研究团队通过向金刚石中掺杂低浓度的磷，研发出一种能生长出原子级光滑平整台面的高质量单晶n型金刚石半导体的技术。利用该技术，该团队成功制造出全球首个n沟道金刚石MOSFET。

该MOSFET主要是由一个n沟道金刚石半导体层和一个掺杂高浓度磷的金刚石层组成。金刚石层的使用显著降低了源极和漏极接触电阻。研究团队证实，制造出的金刚石MOSFET确实具备n沟道晶体管的功能。此外，研究团队还验证了该MOSFET优异的高温性能，其重要的晶体管性能指标——场效应迁移率在300℃时约为150平方厘米/伏·秒。

这一成果有望推动用于制造节能电力电子器件、自旋电子器件和MEMS传感器的CMOS集成电路的发展，使其能在恶劣环境下稳定工作。

据悉，目前全球各大芯片公司正加大力度投入研究。位于西班牙的全球首座金刚石晶圆厂或将于今年量产。 （文 编）