半導體材料的一個主要趨勢是使用金剛石，與傳統硅半導體相比，金剛石具有更優越的性能。金剛石具有優異的導熱性、高載流子遷移率和大帶隙，使其成為電力電子半導體中很有前途的材料，那么，金剛石半導體材料做成的二極管可以為高壓設備供電嗎?

　　最近，伊利諾伊大學厄巴納-香檳分校的研究人員在金剛石基半導體方面取得了突破，可以重新定義高功率電子設備的前景。

　　金剛石半導體的背景

　　金剛石半導體由于金剛石材料的固有特性而脫穎而出。

　　金剛石的帶隙為 5.47 eV，其帶隙比硅 (1.12 eV) 甚至碳化硅(3.26 eV)大得多。這種大帶隙可實現高擊穿電壓和低漏電流，使金剛石成為高功率和高頻應用的絕佳候選者。此外，金剛石的高導熱率(22 - 24 W/cm·K)有利于高功率設備的散熱，這是確保可靠性和壽命的關鍵因素。

　　利用這些特性的挑戰在于金剛石基設備的制造。其中一種技術是化學氣相沉積，經過改進可以生長高質量的金剛石薄膜。金剛石的 P 型摻雜(通常與硼一起)已經以相對較低的活化能實現，從而提高了制造基于金剛石的電子器件的可行性。然而，獲得 n 型摻雜的難度和加工金剛石材料的復雜性一直是重大障礙。

　　特別關注的是開發基于金剛石的肖特基勢壘二極管 (SBD)，這對于電源整流和開關應用至關重要。這些器件在實現高擊穿電壓和低通態電阻方面表現出了良好的前景，但人們仍在不斷努力進一步推動這些參數，從而提高金剛石 SBD 的效率和功率處理能力。

　　金剛石肖特基勢壘二極管的進展

　　最近對 SBD 的研究在金剛石半導體技術方面取得了顯著的進步。具體來說，研究人員成功制造了金剛石 p 型橫向肖特基勢壘二極管，在 0.01 mA/mm 的電流密度下，其擊穿電壓高達 4612 V，令人印象深刻。

　　這一進步的關鍵在于在器件結構中使用氧化鋁 (Al2O3) 場板。Al2O3 場板可降低峰值電場，從而提高擊穿電壓。這種設計避免了對較厚漂移層的需求，這是增加擊穿電壓的典型方法，但由于生長和蝕刻困難，在金剛石中實現這一點具有挑戰性。

　　該二極管在室溫下表現出大于 10^7 的整流比，在 200°C 下 40 V 正向偏壓下的峰值電流密度為 5.39 mA/mm。此外，無論有沒有 Al2O3 場板，這兩種二極管在室溫下的漏電流密度都保持穩定在約 0.01 mA/mm。Al2O3的使用不僅可以提高擊穿電壓，而且可以保持穩定的漏電流特性，這是器件性能可靠的關鍵因素。

　　金剛石技術突破

　　研究人員在金剛石 p 型橫向 SBD 中實現高擊穿電壓的突破標志著使用金剛石作為電力電子半導體材料邁出了重要一步。最值得注意的是，他們的發現意味著我們更接近于克服與金剛石半導體制造相關的挑戰，為更高效、更強大的電力電子設備鋪平了道路。隨著技術的成熟，我們可以預期基于金剛石的設備將在從可再生能源到電動汽車等領域發揮關鍵作用，從而提供更加可持續和高效的電子未來。浮思特科技深耕功率器件領域，為客戶提供IGBT、IPM模塊、module等功率器件，是一家擁有核心技術的電子元器件供應商和解決方案商。