超宽禁带半导体金刚石材料由于其独特的电学特性而非常适用于制备功率器件。金刚石器件大多表现为耗尽型,然而在高功率高频应用领域,增强型器件在简化驱动电路的设计、降低功率损耗,提高电路可靠性等方面更具优势。目前国内外对金刚石增强型器件的报道还较少,且所制备的器件存在导通电阻较大,源漏电流较小等问题。另一方面,减小器件尺寸在理论上可以提高器件的源漏电流、截止频率等特性,但是当沟道长度进入亚微米阶段,短沟道效应的出现将给器件设计和应用带来新的挑战。针对以上问题,本文开展了金刚石增强型场效应器件研究,具体的工作和结论如下:1.基于氢终端多晶金刚石衬底实现了增强型MESFET器件,阈值电压为-0.4 V。带有MoO₃钝化层的MESFET的源漏电流达到-51.5 mA/mm,跨导达到19.2 mS/mm,均达到未经钝化处理的MESFET指标的2倍。且带有MoO₃层的MESFET表现出更好的温度稳定性。分析钝化栅源二极管得到增强型铝/氢终端金刚石肖特基势垒高度为0.623 eV,有效势垒层厚度为9.7 nm,小的串联电阻使器件的电容频散非常小。这些结果说明MoO₃钝化层有效地优化了器件的电学特性和温度稳定性。2.首次利用低温退火和氢氧混合沟道相结合的工艺方案实现了高性能的增强型Al₂O₃栅介质MOSFET器件。栅下混合氢氧终端表面特性结合氧化层引入固定正电荷使器件表现为增强型。分析了栅长为2⁴0μm器件的电学特性,栅长更短的器件阈值电压发生正移。其中栅长2μm器件的阈值电压为-0.53 V,饱和源漏电流高达-51.6mA/mm,跨导高达20 mS/mm,亚阈值摆幅低至92 mV/dec,氧化层电容C_ox为0.497μF/cm²,氧化层中固定正电荷密度约为3.6×10¹² cm^-2。器件的电学表现达到了国际先进水平。3.通过分析Al₂O₃栅介质增强型胖栅器件（FATFET）特性进一步研究了器件的介质层质量和空穴的输运特性。器件栅漏电特性表明介质层电流在低栅压时是热场发射（TFE）机制占优,在高栅压时转换为F-N隧穿机制占优。C-V回滞现象表明栅介质层中存在带正电的可动离子。分析了沟道空穴的有效迁移率μ_eff随纵向有效电场F_eff的变化关系,以经验性模型拟合得到了空穴低场迁移率为76 cm²/Vs。4.首次采用TCAD仿真软件分析了亚微米栅长金刚石增强型MOSFET器件特性。仿真了栅长1μm⁵0 nm器件的直流交流特性,总结了器件的直流交流参数随栅长的变化情况。栅长50 nm的器件饱和电流达到-589.8 mA/mm,最大跨导达到171.7mS/mm,截止频率达到67.82 GHz。研究发现对于我们的仿真结构,栅长减小到300 nm之后器件特性开始明显的偏离长沟特性,表现出短沟行为。引起这种变化的原因主要有:其一,高电场和小栅长导致漏端电势拉低了栅源势垒高度从而导致沟道注入了额外的空穴;其二,串联电阻分压越来越显著;其三,高电场使沟道空穴迁移率退化。综上,本文在氢终端金刚石场效应管已有的研究基础上,采用性质温和的工艺实现了高性能的金刚石增强型器件,对器件的电学特性,变温特性,载流子输运特性和界面特性进行了分析。结合实验结果,建立了有效的仿真模型,分析了随着沟道长度减小器件性能的变化情况,以及短沟道效应对器件的影响,为小尺寸金刚石增强型器件的制备奠定了基础。