美國將鉆石用作超寬帶隙半導(dǎo)體可高效為電網(wǎng)、電動汽車等供電

文/張 菁

在半導(dǎo)體行業(yè)，硅一直是電子設(shè)備領(lǐng)域的王者，但是已經(jīng)達到了物理限制。據(jù)外媒報道，為了更高效地為電網(wǎng)、機車以及電動汽車供電，美國勞倫斯利佛莫爾國家實驗室（Lawrence Livermore National Laboratory，LLNL）的科學(xué)家開始轉(zhuǎn)而使用鉆石，作為超寬帶隙半導(dǎo)體。

現(xiàn)在已經(jīng)證明鉆石具有優(yōu)越的載流子遷移率、電場擊穿率以及熱導(dǎo)電率，而此類特征對于為電子設(shè)備供電而言，是至關(guān)重要的特征，特別是為了生長高品質(zhì)單晶體，科學(xué)家們研發(fā)了化學(xué)氣相沉積（CVD）工藝，也導(dǎo)致鉆石變得更加適合用于為電子設(shè)備供電。

該研究團隊研究了合成鉆石的特性，此類鉆石比自然生成的鉆石質(zhì)量更高。LLNL物理學(xué)家Paulius Grivickas表示：“在電子設(shè)備領(lǐng)域，需要盡可能從純材料開始，這樣才能將純材料塑造成具備所需特性，以應(yīng)用到設(shè)備中?！?/p>

在光導(dǎo)設(shè)備中，通過引入可控制載流子復(fù)合壽命的雜質(zhì)，可以實現(xiàn)電導(dǎo)率與頻率響應(yīng)的最佳組合。研究人員發(fā)現(xiàn)，在鉆石中，可以找到一種便宜且簡單的方法替代上述方法，即電子輻照法，可以通過破壞晶格原子的位置打造復(fù)合缺陷。

Grivackas表示：“我們照射該顆高質(zhì)量的純CVD鉆石，以確定是否能夠定制載流子的壽命。最終，我們確定了哪種輻照缺陷會影響載流子的壽命以及在相關(guān)技術(shù)溫度下退火時，該缺陷會如何表現(xiàn)?！?/p>

研究人員表示，以此種方式打造的光導(dǎo)鉆石開關(guān)可用于電網(wǎng)，以控制電流和電壓浪涌，因為此種現(xiàn)象可能會燒壞設(shè)備。目前的硅制開關(guān)尺寸很大且很笨重，但是由鉆石制成的開關(guān)卻只有指尖大小，但是能夠與硅制開關(guān)做一樣的工作。該項研究也表明，此類鉆石開關(guān)可用于能源輸送系統(tǒng)，該團隊展示了其能夠?qū)崿F(xiàn)兆瓦級的射頻發(fā)電裝置，只是需要優(yōu)化鉆石的高頻率響應(yīng)能力。