由格拉斯哥大學研究人員領導的一項具有里程碑意義的進展可能有助于創造用于大功率電子產品的新一代金剛石基晶體管。

該團隊找到了一種新方法，將金剛石作為晶體管的基礎，該晶體管在默認情況下保持關閉狀態，這對于確保導通時攜帶大量電流的設備的安全至關重要。

金剛石具有固有的寬帶隙，使其能夠在電擊穿之前處理比硅高得多的電壓，因此對電網或電動汽車等高功率電子應用特別有吸引力。

格拉斯哥大學詹姆斯-瓦特（James Watt）工程學院教授戴維-莫蘭（David Moran）領導的研究小組與來自澳大利亞皇家墨爾本理工大學（RMIT University）和美國普林斯頓大學（Princeton University）的合作伙伴共同開展了這項研究。他們的研究成果為《Extreme Enhancement-Mode Operation Accumulation Channel Hydrogen-Terminated Diamond FETs with Vth <−6V and High on-Current》，已發表在《先進電子材料》（Advanced Electronic Materials）雜志上。

Moran 說：“電力電子設備面臨的挑戰是，開關的設計需要能夠在不使用時保持牢固關閉狀態，以確保其符合安全標準，但它還必須在打開時提供非常高的功率。

“以前最先進的金剛石晶體管通常擅長于一個而犧牲另一個——這些開關擅長保持關閉狀態，但不太擅長按需提供電流，反之亦然。我們能夠做的是設計出一種在這兩方面都擅長的金剛石晶體管，這是一個重大的進展。

在格拉斯哥大學的詹姆斯-瓦特納米加工中心，研究小組利用表面化學技術提高了金剛石的性能，在金剛石表面鍍上氫原子，然后再鍍上一層氧化鋁。他們的金剛石晶體管需要 6 伏電壓才能導通，是以前的金剛石晶體管的兩倍多，同時在激活時仍能提供高電流。

他們還提高了電荷通過器件的效率，與傳統的金剛石晶體管相比，性能提高了一倍。實際上，這意味著電荷可以更自由地通過設備，從而提高其效率。

當關閉時，該設備的電阻足夠高，以至于它在實驗室中測量的噪聲低于團隊設備的本底噪聲，這意味著在它應該關閉時幾乎沒有電流泄漏，這對于高功率應用來說是一個至關重要的安全功能。

Moran 補充道：“這些確實是令人鼓舞的結果，使金剛石晶體管比以往任何時候都更接近實現其潛力。對于許多人將金剛石與奢侈品聯系在一起的材料來說，金剛石的生產成本出奇地低，但在金剛石晶體管準備好被制造業擴大規模之前，仍有挑戰需要解決。我們希望我們的研究將有助于推動未來幾年金剛石晶體管在各行各業的采用。