半导体材料的一个主要趋势是使用金刚石，与传统硅半导体相比，金刚石具有更优越的性能。金刚石具有优异的导热性、高载流子迁移率和大带隙，使其成为电力电子半导体中很有前途的材料，那么，金刚石半导体材料做成的二极管可以为高压设备供电吗?

　　最近，伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校的研究人员在金刚石基半导体方面取得了突破，可以重新定义高功率电子设备的前景。

　　金刚石半导体的背景

　　金刚石半导体由于金刚石材料的固有特性而脱颖而出。

　　金刚石的带隙为 5.47 eV，其带隙比硅 (1.12 eV) 甚至碳化硅(3.26 eV)大得多。这种大带隙可实现高击穿电压和低漏电流，使金刚石成为高功率和高频应用的绝佳候选者。此外，金刚石的高导热率(22 - 24 W/cm·K)有利于高功率设备的散热，这是确保可靠性和寿命的关键因素。

　　利用这些特性的挑战在于金刚石基设备的制造。其中一种技术是化学气相沉积，经过改进可以生长高质量的金刚石薄膜。金刚石的 P 型掺杂(通常与硼一起)已经以相对较低的活化能实现，从而提高了制造基于金刚石的电子器件的可行性。然而，获得 n 型掺杂的难度和加工金刚石材料的复杂性一直是重大障碍。

　　特别关注的是开发基于金刚石的肖特基势垒二极管 (SBD)，这对于电源整流和开关应用至关重要。这些器件在实现高击穿电压和低通态电阻方面表现出了良好的前景，但人们仍在不断努力进一步推动这些参数，从而提高金刚石 SBD 的效率和功率处理能力。

　　金刚石肖特基势垒二极管的进展

　　最近对 SBD 的研究在金刚石半导体技术方面取得了显着的进步。具体来说，研究人员成功制造了金刚石 p 型横向肖特基势垒二极管，在 0.01 mA/mm 的电流密度下，其击穿电压高达 4612 V，令人印象深刻。

　　这一进步的关键在于在器件结构中使用氧化铝 (Al2O3) 场板。Al2O3 场板可降低峰值电场，从而提高击穿电压。这种设计避免了对较厚漂移层的需求，这是增加击穿电压的典型方法，但由于生长和蚀刻困难，在金刚石中实现这一点具有挑战性。

　　该二极管在室温下表现出大于 10^7 的整流比，在 200°C 下 40 V 正向偏压下的峰值电流密度为 5.39 mA/mm。此外，无论有没有 Al2O3 场板，这两种二极管在室温下的漏电流密度都保持稳定在约 0.01 mA/mm。Al2O3的使用不仅可以提高击穿电压，而且可以保持稳定的漏电流特性，这是器件性能可靠的关键因素。

　　金刚石技术突破

　　研究人员在金刚石 p 型横向 SBD 中实现高击穿电压的突破标志着使用金刚石作为电力电子半导体材料迈出了重要一步。最值得注意的是，他们的发现意味着我们更接近于克服与金刚石半导体制造相关的挑战，为更高效、更强大的电力电子设备铺平了道路。随着技术的成熟，我们可以预期基于金刚石的设备将在从可再生能源到电动汽车等领域发挥关键作用，从而提供更加可持续和高效的电子未来。浮思特科技深耕功率器件领域，为客户提供IGBT、IPM模块、module等功率器件，是一家拥有核心技术的电子元器件供应商和解决方案商。