金刚石可以作为有源器件材料制作场效应管、功率开关等器件，也能作为无源器件材料制成肖特基二极管。由于金刚石具有很高的热导率和极高的电荷迁移率，其制成的半导体器件能够应用于高频、高功率、高电压等恶劣环境中，具有巨大的应用前景。国外在金刚石功率电子器件制作方面也取得了一些研究进展，在关键性能指标上实现了一些提升。

　　日本

　　日本自2002年以来积极资助了数百万美元进入金刚石半导体器件研究领域，取得了一些国际领先的进展。

　　2005年，日本NTT公司研制的金刚石场效应晶体管(FET)器件在1GHz下，线性增益为10.94 d B，功率附加效率为31.8%，输出功率密度达到2.1 W/mm，该功率密度值是目前可见报道的最高值。据新的报道，NTT已实现1 GHz下1 mm大栅宽器件的研制，器件输出功率达到1.26 W，增益达到17 d B，功率附加效率达到56%。NTT公司下一步的目标是开发功率密度大于30 W/mm、工作频率达到200 GHz的金刚石MESFET(金属半导体场效应晶体管)，能够在高温和恶劣环境工作，真正实现由固态电子器件取代大功率电子真空管。

　　2014年，日本发表在IEEE上的研究成果称，采用NO2吸附、Al2O3钝化的方法解决器件热稳定问题，采用100 nm栅长的氢端金刚石制作的射频功率FET，电流Ids=1.35 A/mm，ft=35 GHz，fmax=70 GHz，栅长和栅宽分别为0.2 μm和390 μm。1 GHz下RF输出功率密度为2W/mm，能在200 ℃实现稳定工作。

　　2017年，日本研究人员在(001)金刚石衬底上同质外延500nm金刚石薄膜，制成2 k V击穿电压的常关型C-H金刚石MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)，栅阈值电压Vth为2.5～4 V。

　　美国

　　美国初创公司AKHAN半导体专门研究实验室生长的电子级金刚石制备和应用，据报道，AKHAN已获美国能源部阿贡国家实验室的金刚石半导体工艺授权，再结合自身在金刚石领域的技术突破，有望成为全球首个真正实现金刚石半导体器件产品化的公司。

　　Akhan半导体公司提供了“Miraj金刚石平台”作为解决方案，可实现P型和N型器件，使得制造出金刚石互补金属氧化物半导体(CMOS)成为可能。该工艺平台的技术核心是，通过在P型器件中掺杂磷(P)、在N型器件中掺杂了钡(Ba)与锂(Li)，带来两类器件结构性能相当的可调电子器件，并因此发展出金刚石CMOS。此外，AKHAN生产的用于显示器和照相机镜片的金刚石玻璃强度、硬度分别是大猩猩玻璃的6倍和10倍。

　　AKHAN首款金刚石CMOS工艺制造出的器件是金刚石PIN二极管，厚度只有500 nm，比硅薄10倍，而性能比硅高100万倍。且该PIN二极管中没有热点，没有寄生损失，在热性能上也远好于硅PIN二极管。AKHAN半导体公司拥有金刚石技术的多项专利，覆盖几乎所有半导体元件的基本材料，知识产权可以从二极管、晶体管和功率逆变器到功能齐全的金刚石芯片(如集成电路)。AKHAN半导体公司还制作出了工作频率100 GHz的金刚石电子器件，特征尺寸是100 nm。金刚石具有超低阻值，减少散热需求，还可淀积在硅、玻璃、蓝宝石和金属衬底上，有望重新激发微处理器运算速度的演进。

　　其他研究

　　由法国、英国、日本研究人员组成的国际研究团队2017年在金刚石MOSFET方面取得了新进展，开发出在硼掺杂金刚石MOSFET中引入深层耗尽区的新方法，构建了金刚石MOSFET的全新概念。

　　在构建MOSFET时，研究人员首先在380 ℃温度下在氧终止金刚石外延层的上方沉积一层氧化铝(Al2O3)，然后对金刚石层实施硼掺杂，形成稳定的耗尽区域。块体金刚石外延层在功能上相当于一个厚的空穴载流子沟道，通过在栅极施加电压，可对深层耗尽区域内的空穴载流子产生排斥和耗尽作用，从而控制晶体管的开启和关闭。这一全新晶体管运行模式的提出，使金刚石MOSFET的结构更为简单，降低了制造难度。实验结果表明，新方法可将宽禁带半导体的载流子迁移率提高一个数量级。随后，研究人员将对深层耗尽氧终止金刚石MOSFET进行产品试生产。

　　其实国内有十几个团队一直在坚持从事金刚石半导体材料和器件的研究，主要是中科院半导体所、中科院金属所、西安交通大学、西安电子科技大学、吉林大学、郑州大学、山东大学、浙江工业大学、上海大学、武汉工程大学等，并在日盲紫外探测器等方面取得进展。

　　发展展望

　　随着金刚石半导体技术的不断发展，未来必将突破n型掺杂技术、大尺寸高质量单晶制备及高平整度、高均匀性材料外延技术等瓶颈问题，实现更高功率性能的金刚石电子器件。金刚石半导体器件比硅芯片更薄，基于金刚石的电子产品很可能成为高能效电子产品的行业标准，将对一些高新行业产生显著影响，包括更快的超级计算机、先进的雷达和电信系统、超高效混合动力汽车、极端环境中的电子设备以及下一代航空航天电子设备等。

　　主要内容来自调研整理，仅供参考。

　　金刚石以其优异的性能在高端制造业如精密工具、耐磨零件、光学元件涂层、电子产品配件加工等领域有广泛应用。此外单晶金刚石不光是“工业牙齿”，还是“终极半导体”， 以金刚石为代表的第三代宽禁带半导体及器件是未来集成电路，信息时代发展的基础，在生物检测和医疗、平板显示、环保工程、功能器件等多个高新技术领域都有巨大的应用潜力。

　　基于此，第四届国际碳材料大会针对金刚石模块，除重点关注金刚石的合成技术、掺杂技术，制品生产外，还会聚焦在高端制造业及前沿高新技术领域的研究探索。诚邀业内知名专家学者和企业代表，共同探讨新技术、新突破和新发展，开启超硬材料迈向高端领域应用的新时代。