科技前沿|NASA以金刚石制造金星电子器件，比同类GaN器件高出约2.7倍

在极端环境中使用的芯片材料的研究数量正在增加，比如登陆金星。在金星上，表面温度在500°C左右，压力相当于地球海洋深度约900米。二氧化碳大气层中渗着硫酸云。虽然GaN在电源转换电路方面吸引了很多关注，但这只是半导体在极端环境中的几种应用之一。在许多工业和航空航天环境中发现的高电压、高温和腐蚀性气氛，会使设备受到远远超出硅的工作范围的条件影响。

而金刚石具有带隙宽、热导率高、击穿场强高、载流子迁移率高、耐高温、抗酸碱、抗腐蚀、抗辐照，优越的性能使其能够忍受极端条件，在金星这种高功率，高电压的恶劣环境下有巨大的应用前景。

此外，与所有太空目的地一样，保护组件所需的每一克材料都会限制整个任务能力。虽然适当的封装通常可以保护元件免受这种恶劣条件的影响，但这样做会增加重量和系统复杂性。研究小组表示，最初金星着陆器任务设计要求使用一个686公斤的密封舱，其工作寿命仅为5小时。加入金刚石设计修改后，其电子器件可以忍受环境，重量只有20公斤，其中大部分是电池。而更重要的是，NASA现在能够考虑60天的任务计划。

在半导体中使用金刚石，为高温环境增加了一整套不同的好处。金刚石中的掺杂物在室温下不完全电离，温度升高时载流子浓度增加。这种行为与GaN中的行为相反，使得工作温度对器件性能极为重要。不过，迁移率会随着温度的升高而降低，因此金刚石的导电性在150°C至200°C左右达到峰值。驱动电流也会随着温度的升高而增加，但漏电流也会增加。

根据报告，高温使MESFET器件的导通/关断电流比从1×108降低到只有1000左右。这些器件是在商用金刚石基底上用本征CVD金刚石制成的，然后是p-和p+掺杂层。经过崮层和源/漏层蚀刻后，他们为源极和漏极制作了Ti/Au欧姆触点，为栅极制作了Mo/Au肖特基触点。在MRS，麻省理工学院研究将为GaN鳍式FET开发的模型应用于基于金刚石的器件。建模后的器件线性功率密度达到7.36MW/cm2，比同类GaN器件高出约2.7倍。

行星探索的一小步，就是人类发展的一大步。为推动金刚石在航空航天、国防科技等领域的广泛应用，国内外研究团队皆开展了大量的相关研究。凯发k8国际专注于金刚石的研发和生产，目前已有金刚石热沉片/晶圆级金刚石/金刚石镀膜等产品和服务，采用金刚石热沉片的大功率半导体激光器已经用于光通信，在激光二极管、卫星扩热板、电子封装材料等领域也都有应用。