Крок уперед у розробці інтегральних схем на основі алмазної CMOS-технології Дослідницька команда з Національного інституту матеріалознавства Японії (NIMS) розробила перший у світі n-канальний алмазний МОП-транзистор (метал-оксид-напівпровідниковий польовий транзистор). Це досягнення є значним кроком на шляху до створення інтегральних схем CMOS (комплементарних МОП) на основі алмазу, що дозволить використовувати їх в екстремальних умовах і сприятиме розвитку потужної електроніки нового покоління. Алмаз як перспективний напівпровідник Алмаз як напівпровідниковий матеріал має виняткові фізичні властивості: надшироку заборонену зону в 5,5 еВ, високу рухливість носіїв заряду, відмінну теплопровідність. Ці характеристики роблять алмаз надзвичайно перспективним матеріалом для створення високопродуктивних і надійних пристроїв, здатних працювати в екстремальних умовах — таких як високі температури або сильне радіаційне випромінювання, наприклад, поблизу ядерних реакторів. Переваги алмазної електроніки Алмазні транзистори зменшують потребу в складних системах охолодження порівняно з традиційними напівпровідниками. Вони також забезпечують: вищу енергоефективність, стійкість до пробою при високій напрузі, довговічність навіть у найжорсткіших умовах. Зростаючий попит на CMOS-інтеграцію на основі алмазу Разом із розвитком технологій вирощування алмазу, алмазна електроніка знаходить застосування у: потужній електроніці, спінтроніці, мікроелектромеханічних системах (MEMS), які працюють при високих температурах і в умовах сильного випромінювання. У зв’язку з цим зростає потреба в CMOS-схемах на основі алмазу, які дозволяють реалізовувати монолітну інтеграцію. Для створення CMOS-схем необхідні як p-канальні, так і n-канальні МОП-транзистори, як і в традиційній кремнієвій електроніці. Проте n-канальні алмазні МОП-транзистори досі не були розроблені. Перший у світі n-канальний алмазний польовий транзистор (Зліва): Зображення поверхні алмазного епітаксійного шару за допомогою атомно-силової мікроскопії. (Посередині): Оптичне зображення виготовленого алмазного МОП-транзистора. (Праворуч): Робота транзистора при температурі 300°C. Струм стоку зростає при зміні напруги затвора від -20 В (чорна лінія) до +10 В (жовта лінія).Автори: Сатоші Коідзумі та Мейон Ляо, Національний інститут матеріалознавства (NIMS) Технологія та підтвердження працездатності Команда розробила метод вирощування високоякісного монокристалічного n-типу алмазного шару, легованого невеликою кількістю фосфору. Цей процес дозволив створити гладку атомну поверхню з терасами. Використовуючи цю технологію, дослідники вперше у світі успішно виготовили n-канальний алмазний МОП-транзистор. Цей МОП-транзистор складається з шару n-типу алмазу, розміщеного над іншим алмазним шаром, легованим більш високою концентрацією фосфору. Такий підхід значно зменшив опір контактів витоку і стоку, покращивши електричні властивості. Команда підтвердила, що транзистор функціонує як справжній n-канальний МОП. Високотемпературна стабільність Було також доведено, що транзистор демонструє відмінну продуктивність при високих температурах:його польова рухливість носіїв заряду при 300°C склала приблизно 150 см²/В·с, що є важливим показником ефективності транзисторів. Значення відкриття Ці досягнення відкривають нові можливості для розробки: енергоефективної потужної електроніки, спінтронних пристроїв, MEMS-сенсорів, здатних працювати в екстремальних умовах. Це важливий крок у напрямку створення нового покоління електроніки на базі алмазу.