High mobility hydrogen-terminated diamond FET with h-BN gate dielectric using pickup method

材料科学 钻石 光电子学 电子迁移率 电介质 钝化 场效应晶体管 结晶度 纳米技术 晶体管 图层(电子) 复合材料 电气工程 工程类 电压
作者
Yan Huang,Junfeng Xiao,Ran Tao,Zhi Liu,Yiran Mo,Xinxin Yu,Zhengyi Cao,Yun Wu,Zhonghui Li,Haolin Wang,Lei Wang
出处
期刊:Applied Physics Letters [American Institute of Physics]
卷期号:123 (11) 被引量:9
标识
DOI:10.1063/5.0165596
摘要

Hydrogen-terminated diamond surfaces, emerging as a promising two-dimensional (2D) electron platform with great thermal and electronic properties, hold great potential for the next-generation high power and high frequency field effect transistor (FET). However, ideal gate dielectrics with high crystallinity and defect-free surfaces are still largely elusive. In this work, using the contamination-free pickup transfer method, hexagonal boron nitride (h-BN) flakes were fabricated on top of the hydrogen-terminated diamond surface to serve as a gate material and the passivation layer. The morphological and optical characterizations revealed the formation of homogeneous and intimate interface between h-BN and diamond. Benefiting from the h-BN gate dielectric layer, the maximum drain current density, subthreshold swing, and on/off ratio of diamond FET are measured to be −210.3 mA mm−1, 161 mV/dec, and 106, respectively. Especially, the transport measurement shows an almost constant Hall mobility of around 260 cm2 V−1 s−1 in the hole density range of 2 − 6 × 1012 cm−2, suggesting the excellent gate controllability of h-BN. Our results indicate that h-BN could form high-quality interface with hydrogen-terminated diamond, paving the way for the development of diamond-based electronic applications.
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