多通道势垒调控常关型金刚石FET原理及特性研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    61804122
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    24.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    F0404.半导体电子器件与集成
  • 结题年份:
    2021
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2021-12-31

项目摘要

The surface channel field-effect transistor, based on diamond materials, has great potential and prospects in the aspects such as ultrahigh power, ultrahigh frequency, high temperature, strong radiation etc., covering communication, transportation, aerospace, high-end defense equipment, and many other fields. However, the research on the normally-off devices has just started and the channel carrier concentration and mobility have to be sacrificed to obtain the normally-off type characteristic. In view of existing problems, this project proposes a multi-channel barrier-regulated normally-off diamond field-effect transistor, which aims to achieve normally-off type characteristics by depleting the two-dimensional hole gas in the channel with the effect of Schottky barrier ascribed from non-hydrogen and hydrogen termination. Moreover, the carrier concentration and mobility does not degrade. Exploring the variation law of the Schottky contact space charge zone with the height of the barrier and interface properties. Studying the influence of parameters such as space charge zone, channel width and etching depth on the distribution of electric field intensity in the multi channels, and explaining the mechanism that how to regulate the normally-off characteristic by the multi-channel structure. Clarifying the relationship between the electrical properties of the device and the surface characteristics, structural parameters, and establishing the corresponding device’s model. Successfully establishment of these theories and devices’ models will offer the basis for the design and optimization of FETs based on single crystal diamonds, and lay a solid foundation for further improvement of diamond power electronics.
以金刚石材料为基础的表面沟道场效应晶体管(FET)在超大功率、超高频、高温和强辐照等方面有巨大应用潜力和发展前景,涵盖了通讯、交通、航空航天、高端国防装备等诸多领域。然而目前针对常关型器件研究尚处于起步阶段,需要牺牲沟道载流子浓度和迁移率来获得常关型特性。本项目针对当前存在的问题,提出一种多通道势垒调控常关型表面沟道金刚石FET,旨在利用通道侧壁非氢终端与金属产生的肖特基势垒与栅极肖特基势垒共同耗尽通道内二维空穴气实现常关型特性,且载流子浓度与迁移率不受损伤。探索肖特基接触空间电荷区随势垒高度、界面特性的变化规律;研究空间电荷区、通道宽度和刻蚀深度等参数对通道内电场强度分布的影响,阐述多通道结构调控常关型特性的机理;明确器件电学性能与表面特性和结构参数的关系,建立对应器件模型。上述理论与器件模型的成功建立将为金刚石基FET的设计与优化提供依据,也为金刚石电力电子技术进一步发展奠定坚实基础。

结项摘要

以金刚石材料为基础的表面沟道场效应晶体管(FET)在超大功率、超高频、高温和强辐照等方面有巨大应用潜力和发展前景,涵盖了通讯、交通、航空航天、高端国防装备等诸多领域。然而目前针对常关型器件研究尚处于起步阶段,需要牺牲沟道载流子浓度和迁移率来获得常关型特性。. 本项目针对当前存在的问题,提出多种栅极结构调控常关型表面沟道金刚石FET,利用栅极与氢终端产生的空间电荷区耗尽通道内二维空穴气实现常关型特性,且载流子浓度与迁移率不受损伤。研究从多个思路出发,开展了金刚石氢终端与非氢端获得及其与不同金属形成肖特基结构特性、各类栅极结构沟道电场强度分布及电学性能、器件结构参数及特性等三方面的研究。最终,成功实现了常关型氢终端表面沟道单晶金刚石FET器件,探索了常关型器件电学特性与器件结构的内在关联,研究了栅极下方空间电荷区随器件结构参数及栅极材料的变化规律,阐述了器件结构调控常关型特性的机理。具体研究内容包括LaB6/氢终端金刚石场效应晶体管、Ti/TiOx栅极金刚石晶体管、Y栅极金刚石晶体管三种常关型器件结构及电学特性的研究,揭示了沟道关断的机理,解决了目前实现常关特性的技术手段对器件沟道载流子特性破坏、牺牲器件性能的问题,常关型器件最大源漏电流密度度、阈值电压等关键指标达到国际领先水平,为常关型的氢终端单晶金刚石FET的深入研发和应用提供了技术支持和理论指导。. 总体上讲上述既定目标已基本实现,各个主线研究内容也已完成。在项目的资助和支持下,以第一/通信作者在Carbon、IEEE Electron Device Letters、Applied Physics Letters、IEEE Transaction on Electron Devices、Diamond and Related Materials、ChemNanoMat等行业顶级、国际著名期刊发表SCI论文6篇,中科院1区论文1篇,2区论文3篇。合作发表SCI论文11篇,申请、获授权国家发明专利16项,圆满完成了预计指标。项目执行期间,共指导了4名硕士研究生,联合培养2名博士生。

项目成果

期刊论文数量(17)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(16)
Electrical properties of yttrium gate hydrogen-terminated diamond field effect transistor with Al2O3 dielectric layer
Al2O3介电层钇栅氢端金刚石场效应晶体管的电学特性
  • DOI:
    10.1063/5.0027882
  • 发表时间:
    2021-02-01
  • 期刊:
    APPLIED PHYSICS LETTERS
  • 影响因子:
    4
  • 作者:
    Zhang, Minghui;Wang, Wei;Wang, Hongxing
  • 通讯作者:
    Wang, Hongxing
Characteristics of ruthenium ohmic contact to heavily boron doped diamond by post-annealing
后退火钌与重硼掺杂金刚石的欧姆接触特性
  • DOI:
    10.1016/j.diamond.2020.107869
  • 发表时间:
    2020-06
  • 期刊:
    Diamond and Related Materials
  • 影响因子:
    4.1
  • 作者:
    Song Wangzhen;Zhao Dan;Wang Juan;Liu Zhangcheng;Wang Yanfeng;Chang Xiaohui;Wang Ruozheng;Wang Wei;Abbasi Haris Naeem;Wang Hongxing
  • 通讯作者:
    Wang Hongxing
Ohmic Contact of Pt/Au on Hydrogen-Terminated Single Crystal Diamond
氢封端单晶金刚石上 Pt/Au 的欧姆接触
  • DOI:
    10.3390/coatings9090539
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    COATINGS
  • 影响因子:
    3.4
  • 作者:
    Zhang Minghui;Lin Fang;Wang Wei;Li Fengnan;Wang Yan Feng;Abbasi Haris Naeem;Zhao Dan;Chen Genqiang;Wen Feng;Zhang Jingwen;Bu Renan;Wang Hongxing
  • 通讯作者:
    Wang Hongxing
Diamond Schottky barrier diodes with floating metal rings for high breakdown voltage
具有浮动金属环的金刚石肖特基势垒二极管,可实现高击穿电压
  • DOI:
    10.1016/j.mssp.2019.03.004
  • 发表时间:
    2019-07-01
  • 期刊:
    MATERIALS SCIENCE IN SEMICONDUCTOR PROCESSING
  • 影响因子:
    4.1
  • 作者:
    Wang, Juan;Zhao, Dan;Wang, Hong-Xing
  • 通讯作者:
    Wang, Hong-Xing
An Enhancement-Mode Hydrogen-Terminated Diamond Field-Effect Transistor With Lanthanum Hexaboride Gate Material
采用六硼化镧栅极材料的增强型氢端金刚石场效应晶体管
  • DOI:
    10.1109/led.2020.2972330
  • 发表时间:
    2020-04-01
  • 期刊:
    IEEE ELECTRON DEVICE LETTERS
  • 影响因子:
    4.9
  • 作者:
    Wang, Wei;Wang, Yanfeng;Wang, Hong-Xing
  • 通讯作者:
    Wang, Hong-Xing

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其他文献

青藏高原多年冻土区热喀斯特湖环境及水文学效应研究
  • DOI:
    10.11867/j.issn.1001-8166.2018.04.0335
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    地球科学进展
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    牛富俊;王玮;林战举;罗京
  • 通讯作者:
    罗京
肠道病毒68型新型中和试验方法的建立及其初步应用
  • DOI:
    10.13242/j.cnki.bingduxuebao.003199
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    病毒学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    万俊凯;王玮;侯汪衡;李姝璇;赵欢;郑清炳;何水珍;程通;夏宁邵
  • 通讯作者:
    夏宁邵
白藜芦醇抑制过氧化氢诱导的IPEC-J2细胞凋亡及其机制
  • DOI:
    10.13327/j.jjlau.2017.3528
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    吉林农业大学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    杨东雪;贾锐;吴艳成;黄炳旭;王玮;柳巨雄
  • 通讯作者:
    柳巨雄
新型水系二次锌电池正极材料的研究
  • DOI:
    10.3969/j.issn.1008-021x.2018.14.004
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    山东化工
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    李佳佳;初蕾;朱志斌;荆鑫;薛有宝;王玮
  • 通讯作者:
    王玮
U50488H对感染性休克大鼠细胞因子的影响
  • DOI:
    10.3969/j.issn.1002-1949.2019.07.016
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    中国急救医学
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王倩梅;范媛媛;赵鹏;王玮;黄杨;尹文
  • 通讯作者:
    尹文

其他文献

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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