在半导体电子器件制备领域金刚石被誉为终极半导体材料。金刚石的禁带宽度为5.5 eV,热导率为22 W/（cm·K）,击穿电场大于20 MV/cm,电子迁移率为4500 cm²/（V·s）,空穴迁移率为3800 cm²/（V·s）,电子饱和速度为2.7×10⁷ cm/s,Johnson品质因数高达3720,这些特点表明研究金刚石材料在微波功率器件方面的应用具有重大的意义。近年来氢终端金刚石场效应管研究取得了显著的进展,尤其是金属-绝缘体-半导体场效应管（MOSFET）在器件性能和热稳定性等方面具有明显的优势。基于上述的背景,本文开展了氢终端多晶金刚石MOSFET器件的研究,主要工作和成果如下。1.针对MoO₃栅介质氢终端多晶金刚石MOSFET器件存在的栅极泄漏电流大、不耐高压的问题,提出了优化方案。利用了高介电常数的Al₂O₃材料,首次制备了MoO₃/Al₂O₃双层栅介质氢终端多晶金刚石MOSFET器件。栅长2μm和4μm器件的最大输出饱和电流密度分别为220 mA/mm和120 mA/mm,已经达到了国际领先水平。栅长2μm器件的跨导为56 mS/mm。器件的栅极漏电问题得到了极大的改善,在±5V的栅极电压范围内,栅极的泄漏电流被控制在10^-9 A量级以下。输出转移特性测试结果显示,在栅压为-5 V时,器件特性并未有明显的退化。说明MoO₃/Al₂O₃双层栅介质器件在获得高水平的输出饱和电流的同时,可以有效控制栅极漏电。2.测试了Al₂O₃和氢终端多晶金刚石表面的带阶,测试结果显示Al₂O₃价带和导带分别位于氢终端多晶金刚石表面价带下3.06 eV处和导带下1.96 eV处。表明Al₂O₃非常适合作为氢终端多晶金刚石FET器件的栅介质,Al₂O₃和氢终金刚石表面直接接触可以有效的控制沟道电荷,还可以有效的抑制栅极漏电。制备了Al/Al₂O₃/氢终端多晶金刚石MOS结构来研究其电特性。测试结果表明在+14 V到-8 V的偏压范围内,漏电都处于噪声水平,低于10^-10 A。MOS结构的电容密度最大值为0.33μF/cm²,变频C-V测试没有分散现象。仿真研究了Al₂O₃栅介质零栅源间距器件特性,发现同样栅长下零栅源间距器件因源漏串联电阻的减小,器件特性明显优于常规结构器件。3.制备了Al₂O₃栅介质零栅源间距和非零栅源间距结构的栅长2–6μm、栅宽50μm的三种不同尺寸器件。测试结果显示,三种器件的栅极漏电极低,在栅极电压±10 V范围内不超过10^-9 A;开关比达到10¹⁰-10¹¹,处于国际领先水平;三种器件的漏极关态击穿电压分别为-14 V、-146 V、-150 V,零栅源间距器件栅漏间介质击穿电场达到5.6 MV/cm;而且,30次重复测试也没有造成器件退化。这些都说明,Al₂O₃介质的绝缘性高,钝化效果好,电活性陷阱和缺陷少。输出和转移特性显示,栅长6μm零栅源间距器件的饱和输出电流达到同等栅长非零栅源间距器件的约2倍,和栅长2μm非零栅源间距器件近似相等,并且零栅源间距器件的导通电阻最小,跨导最大。这些则说明,零栅源间距器件结构沟道串联电阻小,因此在大电流、高跨导方面具有显著的优势。