面向无线通信、雷达、卫星载荷与高端装备的更高频、更大功率需求,GaN已是主流路线,而金刚石凭借极致散热与高频大功率潜力,成为下一代射频器件的重点候选。
围绕金刚石射频器件,材料制备、载流子调控、器件结构与电路应用等方向已展开长期探索。近些年,表面终端技术逐渐成为金刚石射频器件研究的首选技术路线,也成为该方向寻求器件突破的主要着力点。
然而,金刚石优越电学特性的另一面,恰恰构成了其走向实用化的最大障碍。金刚石禁带宽度大,使其难以像硅、氮化镓那样通过常规途径实现有效的可控掺杂,掺杂困难随之成为制约器件性能的根本性瓶颈;掺杂的先天不足又进一步带来载流子浓度与输运特性难以兼顾的困境,使器件在导通能力与频率特性上始终难以达到理论预期。
为绕开掺杂难题而选择的表面终端技术路线,却始终面临一系列关键的科学与技术问题:材料制备环节,高质量材料与外延界面难以稳定复现;载流子输运环节,表面载流子的机理与稳定性仍有待厘清;器件模型环节,理论模型与实测行为之间存在偏差;器件工艺环节,关键流程缺乏成熟可控的方案。层层叠加的困难之下,甚至有研究对金刚石在高功率射频领域的现实可行性提出质疑。
如何在这些交织的问题中厘清根源、突破瓶颈,推动金刚石半导体射频器件从材料优势真正走向器件性能,成为该领域必须回应的核心问题。
11月5-7日,2026(第六届)碳基半导体材料与器件产业发展论坛将在浙江·宁波举办。我们有幸邀请到中国电子科技集团公司第十三研究所冯志红首席科学家作为论坛主席,带来《金刚石半导体射频器件现状和挑战》主题报告。
本次报告将围绕金刚石半导体射频器件的现状与挑战展开,系统梳理该方向在材料、器件与应用层面的进展,并重点讨论表面终端技术路线下的系列关键科学问题。
针对掺杂困难带来的器件性能瓶颈,报告将以表面终端技术为首选路线,从材料制备、载流子输运、器件模型与器件工艺四个层面剖析攻关方向,并强调需学术界与产业界协同攻关,从机理与工艺两端回应核心问题,推动金刚石在高频、大功率场景释放“终极”潜力。
冯志红,中国电科首席科学家,博士生导师,固态微波器件与电路全国重点实验室常务副主任,博士毕业于香港科技大学电机与电子工程学专业,国家级领军人才。