該成果利用金剛石作為晶體管的基礎(chǔ)，這種晶體管默認(rèn)情況下處于關(guān)閉狀態(tài)，這一進(jìn)展對(duì)于確保開(kāi)啟時(shí)承載大量電流的設(shè)備的安全至關(guān)重要，可能有助于創(chuàng)造用于高功率電子產(chǎn)品的的新一代金剛石晶體管。

上圖：a）累積通道 H-金剛石 FET 結(jié)構(gòu)概念和相關(guān)的代表性能帶圖，與 b）‘典型’轉(zhuǎn)移摻雜 H-金剛石 FET 形成對(duì)比。

金剛石本身具有較寬的帶隙，這使得它在電擊穿之前能夠處理比硅高得多的電壓，這使得它在電網(wǎng)或電動(dòng)汽車(chē)等高功率電子應(yīng)用方面特別有吸引力。

莫蘭說(shuō)：“電力電子面臨的挑戰(zhàn)在于，開(kāi)關(guān)的設(shè)計(jì)需要能夠在不使用時(shí)保持牢固關(guān)閉狀態(tài)，以確保其符合安全標(biāo)準(zhǔn)，但在打開(kāi)時(shí)也必須提供非常高的功率。

“以前最先進(jìn)的金剛石晶體管通常擅長(zhǎng)其中一種功能，而犧牲了另一種功能——開(kāi)關(guān)擅長(zhǎng)保持關(guān)閉狀態(tài)，但不太擅長(zhǎng)按需提供電流，反之亦然。我們能夠做的是設(shè)計(jì)出一種在兩種功能上都表現(xiàn)優(yōu)異的金剛石晶體管，這是一個(gè)重大的進(jìn)展。”

在格拉斯哥大學(xué)詹姆斯瓦特納米制造中心，研究小組利用表面化學(xué)技術(shù)來(lái)改善金剛石的性能，先用氫原子涂覆金剛石，然后再涂覆氧化鋁層。

他們的金剛石晶體管需要六伏電壓才能打開(kāi)，是以前的金剛石晶體管的兩倍多，同時(shí)在激活時(shí)仍能提供大電流。

他們還改進(jìn)了電荷在器件中的移動(dòng)效率，性能比傳統(tǒng)的金剛石晶體管提高了一倍。從實(shí)際角度來(lái)說(shuō)，這意味著電荷可以更自由地在器件中移動(dòng)，從而提高器件的效率。

當(dāng)關(guān)閉時(shí)，該設(shè)備的電阻足夠高，以至于測(cè)量結(jié)果低于實(shí)驗(yàn)室中團(tuán)隊(duì)設(shè)備的本底噪聲，這意味著當(dāng)設(shè)備關(guān)閉時(shí)幾乎沒(méi)有電流泄漏，這是大功率應(yīng)用的關(guān)鍵安全功能。

莫蘭補(bǔ)充道：“這些結(jié)果確實(shí)令人鼓舞，使鉆石晶體管比以往任何時(shí)候都更接近發(fā)揮其潛力。鉆石是一種許多人與奢侈品聯(lián)系在一起的材料，其生產(chǎn)成本出奇地低，但在鉆石晶體管準(zhǔn)備好被制造業(yè)大規(guī)模推廣之前，仍有一些挑戰(zhàn)需要解決。我們希望我們的研究將有助于推動(dòng)未來(lái)幾年鉆石晶體管在各個(gè)行業(yè)中的應(yīng)用。”

原文鏈接：https://doi.org/10.1002/aelm.202400770