High breakdown voltage and high frequency field-effect transistors on heteroepitaxial diamond film.

异质外延金刚石薄膜上的高击穿电压和高频场效应晶体管。

基本信息

  • 批准号:
    10450127
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 8.64万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    日本
  • 项目类别:
    Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
  • 财政年份:
    1998
  • 资助国家:
    日本
  • 起止时间:
    1998 至 2000
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

For the realization of high performance diamond electronic devices such as high power and high frequency transistors, FETs have been fabricated on hydrogen-terminated diamond surface conductive layer. In order to improve the performance of FETs, self-aligned gate fabrication processes which can reduce the gate length and parasitic resistances have been developed. Utilizing self-aligned gate FET fabrication process, 1 μm Cu gate MESFET realizes high transconductance of 110 mS/mm. This value exceeds the transconductance of SiC-FETs and Si-nMOSFETs of equal gate size. High performance diamond MISFETs have been also realized utilizing the same process. CaF_2 insulator which does not generate the high interface states density between hydrogen-terminated diamond is utilized as gate insulator.The highest transconductance of 86 mS/mm is obtained in 1.2 μm gate length. The MISFET shows high channel mobility of more than 250 cm^2/Vs. This value is more than twice higher than that of inversion type SiC MOSFETs. The high channel mobility is explained by the screening effect.The RF performances of diamond MESFETs and MISFETs are measured for the first time. The cut-off frequency of 2 μm gate MESFET with transconductance of 70 mS/mm shows 2.2 GHz. On the other hand, much higher cut-off frequency of 11 GHz is realized in diamond MISFET with 0.7 μm gate length. This value is 5 times higher than 2 μm gate MESFETs. Utilizing MIS structure which has gate insulator capacitance in series to surface-channel capacitance, the source to gate capacitance is reduced half as much as that of diamond MESFET. This FET also shows highest fmax of 22 GHz and 15 dB of power gain is obtained at 2 GHz.
为了实现大功率、高频晶体管等高性能金刚石电子器件,人们在氢封端的金刚石表面导电层上制备了场效应晶体管。为了提高场效应晶体管的性能,自对准栅制造工艺可以减小栅长和寄生电阻。采用自对准栅FET工艺,1 μ mCu栅MESFET的漏电流达到110 mS/mm,超过了同等栅尺寸SiC-FET和Si-nMOSFET的漏电流。高性能金刚石MISFET也已经利用相同的工艺实现。利用CaF_2绝缘层作为栅绝缘层,在1.2 μm栅长下,获得了86 mS/mm的最高栅电流密度。MISFET的沟道迁移率高达250 cm^2/Vs,是反型SiC MOSFET的两倍多。首次测量了金刚石MESFETs和MISFET的射频性能。跨导为70 mS/mm的2 μm栅MESFET的截止频率为2.2 GHz。而栅长为0.7 μm的金刚石MISFET的截止频率高达11 GHz。该值比2 μm栅MESFFET高5倍。利用栅绝缘层电容与表面沟道电容串联的MIS结构,使源栅电容比金刚石MESFET减小一半。该FET的最高fmax为22 GHz,在2 GHz时获得15 dB的功率增益。

项目成果

期刊论文数量(150)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
外園 明: "Surface p-Channel Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistors Fabricated on Hydrogen-Terminated (001) Surfaces of Diamond"Solid State Electronics. 43巻. 1465-1471 (1999)
Akira Sotozono:“在氢终止 (001) 金刚石表面上制造的表面 p 沟道金属氧化物半导体场效应晶体管”,《固态电子学》第 43 卷,1465-1471 (1999)。
  • DOI:
  • 发表时间:
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
  • 通讯作者:
K.Nakazawa: "Excitonic recombination radiation in phosphorus-doped CVD diamonds"Phys.Rev.B. 64. 235203-1-235203-4 (2001)
K.Nakazawa:“掺磷 CVD 金刚石中的激子复合辐射”Phys.Rev.B。
  • DOI:
  • 发表时间:
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
  • 通讯作者:
梅沢仁: "High-Performance Surface-Channel Diamond Field-Effect Transistors"Proceedings of the 3^<rd> European Conference on Silicon Carbide and Related Materials (Materials Science Forum). 353-356巻. 815-818 (2001)
Hitoshi Umezawa:“高性能表面沟道金刚石场效应晶体管”第三届欧洲碳化硅及相关材料会议论文集(材料科学论坛)(2001 年)。
  • DOI:
  • 发表时间:
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
  • 通讯作者:
M. Tachiki, T. Fukuda, K. Sugata, H. Seo, H. Umezawa, and H. Kawarada: ""Control of adsorbates and conduction on CVD-growth diamond surface, using scanning probe microscope""Applied Surface Science. 159-160. 578-582 (2000)
M. Tachiki、T. Fukuda、K. Sugata、H. Seo、H. Umezawa 和 H. Kawarada:“使用扫描探针显微镜控制 CVD 生长金刚石表面的吸附物和传导”“应用表面科学”。
  • DOI:
  • 发表时间:
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
  • 通讯作者:
K.Tsugawa: "High-Performance Diamond Surface-Channel Field-Effect Transistors and Their Operation Mechanism"Diamond and Related Materials. 8. 927-933 (1999)
K.Tsukawa:“高性能金刚石表面沟道场效应晶体管及其工作机制”金刚石及相关材料。
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  • 资助金额:
    $ 8.64万
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    Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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  • 资助金额:
    $ 8.64万
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  • 批准号:
    02452158
  • 财政年份:
    1990
  • 资助金额:
    $ 8.64万
  • 项目类别:
    Grant-in-Aid for General Scientific Research (B)
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