h-BN/Al2O3栅介质氢终端金刚石场效应晶体管

金刚石是实现高频大功率器件的理想候选材料,但是其较低的载流子迁移率制约了器件的性能,六方氮化硼(h-BN)作为氢终端金刚石场效应晶体管(FET)的栅介质材料有望提升金刚石材料的载流子迁移率.利用商业化大面积h-BN材料,制备了 h-BN/Al2O3栅介质的氢终端金刚石FET,h-BN/Al2O3/氢终端金刚石材料的载流子迁移率得到提升,达到186 cm2/(V·s).相较于Al2O3栅介质的金刚石FET,h-BN/Al2O3栅介质的金刚石FET最大饱和电流密度和最大跨导均得到提升,分别为141 mA/mm和9.7 mS/mm.通过电容-电压(C-V)测试计算了栅介质和金刚石间界面固定电荷密度和陷阱密度,h-BN/Al2O3栅介质的金刚石FET界面负固定电荷密度为5.4×1012 cm-2·eV-1,低于Al2O3栅介质的金刚石FET(8.5×1012 cm-2·eV-1).固定电荷密度低、载流子迁移率高是h-BN/Al2O3栅介质金刚石FET性能提升的主要原因.