晶片?鑽石?是什麼讓兩個毫不相關的物品結合到一起?

芯片?鑽石?是什麼讓兩個毫不相關的物品結合到一起?

當風車和太陽能電池板等發電設備向家庭,企業和電網轉移電力時,它們將失去接近10%的發電量。為了解決這個問題,科學家正在研究新的鑽石半導體電路,以使功率轉換系統更高效。

來自日本的一組研究人員成功地製造了一個使用氫化金剛石(H-diamond)的功率轉換系統的關鍵電路。此外,他們還證明它在高達300攝氏度的溫度下工作。這些電路可用於基於金剛石的電子器件,比硅基器件更小,更輕,更高效。研究人員本週在Applied Physics Letters上報告了他們的發現。

硅的材料特性使其成為高功率,高溫和高頻電子器件電路的不錯選擇。 “對於高功率發電機,鑽石更適合製造尺寸小,功率損耗小的電力轉換系統,”日本國家材料科學研究所研究員,該論文的合著者Jiangwei Liu說。

在目前的研究中,研究人員在高溫下測試了H-diamond NOR邏輯電路的穩定性。這種用於計算機的電路僅在兩個輸入都為零時才提供輸出。該電路由兩個金屬氧化物半導體場效應晶體管(MOSFET)組成,用於許多電子器件,以及數字集成電路,如微處理器。 2013年,劉和他的同事是第一個報告製造E-模式H-金剛石MOSFET的公司。

當研究人員將電路加熱到300攝氏度時,它的功能正確,但在400度時失效。他們懷疑較高的溫度導致MOSFET擊穿。然而,更高的溫度可能是可以實現的,因為另一個研究小組報告稱在400攝氏度下成功使用類似的H型金剛石MOSFET。為了比較,硅基電子器件的最大工作溫度約為150度。

未來,研究人員計劃通過改變氧化物絕緣體和改變製造工藝來提高電路在高溫下的穩定性。他們希望構建可在500攝氏度以上和2.0千伏電壓下工作的H-金剛石MOSFET邏輯電路。

“鑽石是下一代電子產品的候選半導體材料之一,特別是用於改善節能,”國家材料科學研究所所長Yasuo Koide說道,他是該論文的共同作者。 “當然,為了實現工業化,開發英寸大小的單晶金剛石晶圓和其他基於鑽石的集成電路至關重要。”


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