近日，深圳平湖实验室第四代半导体研究团队宣布，成功研制金刚石肖特基势垒二极管（SBD）与氢终端金刚石场效应晶体管（MOSFET）两款功率器件。
两款器件多项关键性能指标达到国内领先水平，为我国超宽禁带半导体技术自主可控迈出坚实一步。
金刚石SBD：无场板条件下超过3000V
金刚石SBD以金刚石为半导体，依靠金属/金刚石肖特基势垒实现单向导通：正向偏置下载流子越过势垒，电流上升；反向偏置下耗尽层展宽，电流极低。典型结构为阳极金属与轻掺杂外延层形成整流接触，重掺杂层作阴极导电。金刚石具有超宽禁带、高临界击穿场强和高热导率，有望兼顾高压、低导通电阻和高温工作。
金刚石SBD的难点主要集中在材料掺杂与外延、金属/金刚石界面控制以及终端与耐压设计三个方面。
掺杂与外延：金刚石n型浅施主掺杂困难，制约n型漂移层和欧姆接触，已报道方案中，有p型硼掺杂与n型外延两条路线，差别主要来自掺杂与外延工艺。
金属/金刚石界面控制：理想情况下，两者功函数差异会使界面处载流子转移，形成耗尽区与内建电场，但实际界面态、费米钉扎、势垒高度和接触电阻都难以精确控制。
终端与耐压：结边缘容易出现电场集中，通常需场板等终端结构来缓和电场，而金刚石刻蚀、钝化、接触工艺难，无场板条件下实现高耐压更具挑战。
此外，高温下的金属接触、钝化和封装可靠性，也是金刚石器件走向应用必须解决的问题。
深圳平湖实验室研发的金刚石肖特基势垒二极管（SBD）器件实现了无场板情况下大于3000V的击穿电压，功率巴利加优值（BFOM）大于25 MW/cm² 的SBD器件，该器件在500℃高温下仍能正常工作。
图1. 金刚石SBD器件
作为横向参照，硅器件的结温上限通常在150℃至175℃，碳化硅商用产品多在175℃至200℃区间。500℃的工作温度把应用窗口推到了轨道交通、航空航天、深地勘探等高温功率电子场景。该进展表明，金刚石SBD在高压、高温和综合优值方面具备突出潜力，为高温功率电子装备提供了关键器件解决方案。
氢终端金刚石MOSFET：无金欧姆接触与高温高压突破
氢终端金刚石MOSFET是一种以氢终止金刚石表面形成的二维空穴气为导电沟道的MOSFET。氢终端表面可形成面密度约10¹³ cm⁻²量级的二维空穴气，为器件提供p型导电沟道。由于沟道载流子是空穴，这类器件按p沟道方式工作，可实现常开或常关操作，并兼具高耐压与高开关速度，适合高温、高压功率电子应用。
难点主要在表面与接触。沟道距表面仅几个纳米，界面陷阱和环境吸附会直接改变沟道电导；未钝化的氢终端表面在空气中超过200℃即出现失稳。长时间恒压偏置下，漏极电流还会先下降再上升：前期是表面陷阱俘获空穴导致电流崩塌，后期是空气吸附组分带来电流增强，说明气氛和测试时长同样是可靠性变量。
此外，传统欧姆接触含金，而金在半导体产线中属于受控污染源，既带来工艺污染风险，也增加制造成本和产线兼容难度。
深圳平湖实验室团队通过控制栅极界面、改进钝化工艺，并优化氢终端表面处理和欧姆接触工艺，实现了氢终端金刚石MOSFET的无金（Au-free）欧姆接触。
图2. 金刚石MOSFET器件
钝化层一方面抑制界面陷阱，另一方面提升氢终端在高温下的稳定性；无金方案则规避贵金属污染、降低制造成本，并便于与成熟硅基制造体系衔接。在该工艺路线下，器件在无场板条件下击穿电压超过2500 V，BFOM达到31 MW/cm²，400℃环境下性能无明显衰减。
这一成果证实了金刚石器件无金工艺路线可行，不仅降低制造成本、规避金污染难题，也为后续与硅产线工艺兼容、走向规模化量产奠定基础。结合氢终端二维空穴气的高温高压潜力，该成果为高温功率电子装备提供了更具工程化前景的金刚石MOSFET方案。
下一步，深圳平湖实验室团队将持续攻坚单晶金刚石外延生长、器件精密制备等核心技术方向，加快推动金刚石功率器件从实验室原型走向产业化落地，助力我国超宽禁带半导体产业突破技术壁垒，实现自主可控，支撑高端装备、航空航天等重点领域抢占发展先机。
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