氮化镓晶体管为“未来互补电源开关和逻辑应用开辟了一条道路”。金刚石层也是导热的，允许在高功率密度应用中改善氮化镓器件的热管理。该团队看到了集成功率逆变器和转换器中互补逻辑操作、栅极驱动器和互补功率开关的潜力。使用了铝镓氮化物阻挡层(AlGaN) GaN硅模板，用于n沟道的制造高电子迁移率晶体管。模板是为钻石准备的。

在保护模板材料免受恶劣的金刚石沉积环境的影响，同时增强材料之间的附着力和导热性。用异丙醇溶液中1-150 μm的纳米颗粒接种多晶金刚石沉积。主要的金刚石沉积包括800℃微波等离子体化学气相沉积，等离子体功率为3.5千瓦，碳源为140巴压力下的5%甲烷。

通过施加30纳米氮化硅和5纳米硅层进行沉积。这些层是加入大量的氮气和氩气以提高生长速度。没有提到载气，但是氢气是在其他地方的这种工艺中使用的一种气体。图1。(a)使用焦点堆叠构建的制造的高温超导块材的三维光学显微镜图像。高温气冷实验堆示意图。金刚石表面的俯视扫描电镜图像。(d)金刚石层的横截面光学显微镜图像，显示顶部较大的晶粒尺寸。

图1

对金刚石层的显微分析显示，平均粒度为34米，小于该技术经常报道的100米。晶粒在成核区变小，在130 μm厚的金刚石层表面变大。进一步的晶体管加工(图1)包括用650℃±2.8千瓦的氢等离子体进行表面氢化，沉积200纳米厚的金欧姆接触。

图2

图2比导通电阻和击穿电压基准,该工作的800瓦氧等离子体(VBr)区域使用碳化硅(SiC)上的异质外延材料，以及隔离器件的处理，多晶和单晶衬底HTDTs。200℃原子层沉积,(ALD)80纳米氧化铝作为栅极氧化物和表面终端，以及300纳米厚的铝栅极电极的沉积和等离子蚀刻图案化。根据霍尔测量，氢化产生了具有约1014/cm2孔密度的p型电导率。1.3cm2/V-s的迁移率导致50kW/square.的薄层电阻。未抛光的金刚石表面存在许多凹坑和边缘，作为活化位点，迁移率受到杂质散射、小晶粒尺寸和粗糙表面的不利影响，对单晶金刚石中的孔测量了3cm2/V-s的值。制造的晶体管具有4 m的栅极长度，实现了109的开/关电流比。源极-栅极和栅极-漏极距离分别为2米和8米。导通电流达到–60ma/mm。84mW-cm2的特定导通电阻被描述为“低”。漏电流在小于1安/毫米时“非常低”，甚至接近击穿。

另外在高功率密度应用中，如此优异的导热率可以导致非常低的热阻和强劲的电性能。此外，这显示了这种高质量的化学气相沉积金刚石层对高功率氮化镓器件的有效热管理的潜力。”将性能与其他多晶和单晶器件进行比较(图2)，观察到“当前HTDTs的性能与其理论极限之间仍有差距，这凸显了该技术的巨大改进潜力。”同时，该器件在“电流密度提高6倍，开关比提高4个数量级，热导率提高6倍以上”方面超过了氮化镓基p沟道晶体管的性能。将这种改进追溯到更高的理论巴里加品质因数金刚石HTDT结构，与p沟道氮化镓器件相比。