該成果利用金剛石作為晶體管的基礎，這種晶體管默認情況下處于關閉狀態，這一進展對于確保開啟時承載大量電流的設備的安全至關重要，可能有助于創造用于高功率電子產品的的新一代金剛石晶體管。

上圖：a）累積通道 H-金剛石 FET 結構概念和相關的代表性能帶圖，與 b）‘典型’轉移摻雜 H-金剛石 FET 形成對比。

金剛石本身具有較寬的帶隙，這使得它在電擊穿之前能夠處理比硅高得多的電壓，這使得它在電網或電動汽車等高功率電子應用方面特別有吸引力。

莫蘭說：“電力電子面臨的挑戰在于，開關的設計需要能夠在不使用時保持牢固關閉狀態，以確保其符合安全標準，但在打開時也必須提供非常高的功率。

“以前最先進的金剛石晶體管通常擅長其中一種功能，而犧牲了另一種功能——開關擅長保持關閉狀態，但不太擅長按需提供電流，反之亦然。我們能夠做的是設計出一種在兩種功能上都表現優異的金剛石晶體管，這是一個重大的進展。”

在格拉斯哥大學詹姆斯瓦特納米制造中心，研究小組利用表面化學技術來改善金剛石的性能，先用氫原子涂覆金剛石，然后再涂覆氧化鋁層。

他們的金剛石晶體管需要六伏電壓才能打開，是以前的金剛石晶體管的兩倍多，同時在激活時仍能提供大電流。

他們還改進了電荷在器件中的移動效率，性能比傳統的金剛石晶體管提高了一倍。從實際角度來說，這意味著電荷可以更自由地在器件中移動，從而提高器件的效率。

當關閉時，該設備的電阻足夠高，以至于測量結果低于實驗室中團隊設備的本底噪聲，這意味著當設備關閉時幾乎沒有電流泄漏，這是大功率應用的關鍵安全功能。

莫蘭補充道：“這些結果確實令人鼓舞，使鉆石晶體管比以往任何時候都更接近發揮其潛力。鉆石是一種許多人與奢侈品聯系在一起的材料，其生產成本出奇地低，但在鉆石晶體管準備好被制造業大規模推廣之前，仍有一些挑戰需要解決。我們希望我們的研究將有助于推動未來幾年鉆石晶體管在各個行業中的應用。”

原文鏈接：https://doi.org/10.1002/aelm.202400770