高頻電子設備的急劇小型化導致單個組件的局部工作溫度急劇升高。金剛石具有寬帶隙、高熱導率、高載流子遷移率、高擊穿場、高載流子飽和速度和高位移能。這些特性使金剛石成為在高溫、高壓、高頻和高輻射等極端環境中具有巨大應用價值的優秀候選材料。金剛石的各種電子器件已經廣泛開展研究，包括MOSFET、散熱器、探測器、核電池和電化學應用等。

 

目前已經開發了幾種高溫金剛石器件，包括場效應晶體管（FET）和肖特基二極管。Ib型高溫高壓襯底由于其成本低、易獲得，通常用于制造金剛石器件。通過在摻硼CVD層上蝕刻過量漂移來制造準垂直肖特基二極管，以形成良好的歐姆接觸。然而蝕刻過程相對復雜，需要特定的蝕刻掩模，并且可能會將缺陷合并到漂移層中。另外用于不同功能（如NAND、NOR和NOT）的邏輯門電路可以利用金剛石MESFET和MOSFET構建。但目前存在的所有關于金剛石邏輯電路的文獻報告都基于氫端接金剛石場效應晶體管。這些電路設備的電氣性能僅在室溫下進行了測試。

 

基于此，哈爾濱工業大學朱嘉琦教授團隊通過選擇性生長方法制備了準垂直金剛石肖特基二極管。在523和633 K時，整流比分別高達2×1011和7×109，顯示出良好的高溫性能。制作并測試了使用金剛石肖特基二極管的邏輯與門。由于金剛石的寬帶隙特性，邏輯與門的高溫工作溫度高達633 K。本研究驗證了高溫下金剛石邏輯電路的可行性，為在特殊環境下制作金剛石芯片奠定了基礎。該研究成果以“High temperature operation of logic AND gate based on diamond Schottky diodes fabricated by selective growth method”為題，發表在Carbon期刊上，并作為封面文章。博士生劉本建作為第一作者，朱嘉琦教授作為通訊作者。

圖文解析

 

Liu Benjian, Zhang Sen, Ralchenko Viktor, et al. High temperature operation of logic AND gate based on diamond Schottky diodes fabricated by selective growth method[J]. Carbon, 197(2022):292-300.

 

https://doi.org/10.1016/j.carbon.2022.06.04

 

文章來源：紅外薄膜與晶體，作者：劉本建