日本初创公司展示金刚石MOSFET技术突破

日本初创企业Power Diamond Systems公司对其专有的金刚石MOSFET技术进行了升级，首次在全球范围内实现单个金刚石器件达到550伏击穿电压和0.8安漏极电流的性能。

此外，该公司使用同一器件成功演示了200伏/1安的开关操作，宣称其性能达到迄今报道的最高水平。这标志着钻石半导体功率器件实用化进程迈出重要一步。

题为《具备安培级电流能力与550伏击穿电压的场板多指钻石MOSFET》的研究成果已于2026年2月24日获《应用物理快报》录用，并在线发表。

金刚石半导体具备卓越的材料特性，包括宽带隙、极高的介电击穿场强和优异的导热性，使其成为有望超越硅、碳化硅和氮化镓等传统半导体的下一代功率器件材料。

然而，在实际应用中，同时实现高击穿电压和低导通电阻始终是关键的技术挑战。特别是从提高击穿电压的角度来看，栅极边缘的电场集中限制了漏源击穿电压。

此外，要同时实现高电流承载能力和器件评估所需的高速开关特性，必须减小每个器件的有效面积，并将大量小型器件并联连接。

本研究中，Power Diamond Systems通过引入场板结构推进了金刚石MOSFET平台技术，该结构可抑制栅极边缘电场集中并实现更高击穿电压。同时增大器件面积以支持大电流工作，从而无需依赖传统方案中大量微型器件并联的局限性，即可实现大电流驱动。

最终单颗金刚石MOSFET成功实现550V击穿电压与0.8A漏极电流双重目标。该公司表示，该成果验证了其器件设计与工艺技术的有效性，特别是场板结构的成功应用。

此外，利用同一器件，研究团队实现了200 V / 1 A的开关操作，这是全球首次在金刚石MOSFET中演示此类性能。该公司表示，这一成就表明金刚石功率器件已从静态特性评估阶段迈向了实际开关操作的验证阶段。

Power Diamond Systems还建立了稳定的制造工艺，能够可重复地生产器件，这既证明了该技术的可靠性，也表明了向实际应用迈进的稳步进展。

展望未来，该公司将通过与国内外研究机构及产业伙伴的合作，进一步强化技术开发与应用拓展，致力于加速钻石半导体器件的社会化应用进程。

本项目部分工作获得日本新能源产业技术综合开发机构（NEDO）委托项目（项目编号JPNP14004）及文部科学省“日本材料与纳米技术先进研究基础设施”计划的支持。

据悉，由于金刚石的高热导率和宽禁带特性，它非常适合用于制造高功率电子器件，如功率放大器、射频器件等。这些器件在通信、雷达、卫星等领域有着广泛的应用。金刚石的加入可以显著提高器件的功率密度和效率，降低散热成本，延长器件的使用寿命。

在一些特殊的应用场景中，如航空航天、石油化工等领域，需要电子器件能够在高温环境下稳定工作。金刚石的宽禁带特性使其能够在高温下保持良好的性能，成为制造高温电子器件的理想材料。

金刚石中的氮空位中心（NV center）具有独特的量子特性，使其在量子计算领域有着潜在的应用价值。研究人员正在探索利用金刚石中的 NV center 实现量子比特的存储和操作，为未来的量子计算技术提供新的解决方案。金刚石不仅在电学性能上表现出色，在光学领域也有着广泛的应用。金刚石具有高透明度、高硬度和良好的化学稳定性，可用于制造高性能的光学窗口、透镜和棱镜等器件。此外，金刚石还可以作为激光增益介质，用于制造高功率激光器。

金刚石在热管理方面的应用对于高性能计算、电力电子、无线通信等领域的电子芯片尤为重要，因为这些应用中的芯片往往会产生大量热量，需要高效的散热解决方案以保持芯片的稳定运行。随着金刚石合成技术的进步和成本的降低，预计金刚石将在半导体散热片领域得到更广泛的应用。