深圳平湖实验室成功研制高性能金刚石SBD与氢终端金刚石MOSFET功率器件

金刚石，被誉为第四代半导体的“终极材料”。凭借超宽禁带、超高载流子迁移率以及自然界顶尖的导热性能，金刚石功率器件可耐受高压、高温、高频工况，是轨道交通、航空航天、深地勘探等极端场景下的核心电子元器件，产业战略价值突出。但长期以来，材料激活率偏低、加工难度大和表面终端退化等等工艺瓶颈，一直阻碍高性能金刚石半导体器件的研发落地。

近期，深圳平湖实验室第四代半导体研究团队在金刚石功率器件方向取得重要突破，成功研制高性能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），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。

01金刚石肖特基势垒二极管（SBD）：耐压超3000V，500℃高温稳定工作

肖特基势垒二极管（SBD）是电力电子电路的基础器件，核心作用是承受高压、阻断反向电流。研究团队对整套器件制备工艺开展系统性优化，改善肖特基接触界面品质，降低欧姆接触电阻，优化刻蚀加工方案。

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，充分释放金刚石材料耐高温的独特优势，面向高温功率电子装备提供关键器件解决方案。图1. 金刚石SBD器件

02氢终端金刚石MOSFET：实现无金欧姆接触，降低器件制造成本

氢终端金刚石MOSFET利用氢终端表面形成的二维空穴气实现常关或常开操作，兼具高耐压与高开关速度。团队通过优化氢终端表面处理，欧姆接触工艺，实现了氢终端上无金（Au-free）欧姆接触技术，既降低器件制造成本，又规避贵金属带来的工艺污染难题。

通过控制栅极界面和改进钝化工艺，使器件击穿电压在无场板情况下突破2500V，BFOM达到31 MW/cm²。器件在400℃环境下性能无明显衰减。该成果证实金刚石器件无金工艺路线可行，为后续和硅产线工艺兼容、走向规模化量产筑牢根基。

图2. 金刚石MOSFET器件

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。