由合成化學(xué)氣相沉積金剛石制成的光電導(dǎo)開關(guān)正在測試中

談到半導(dǎo)體行業(yè)，硅在電子領(lǐng)域占據(jù)了主導(dǎo)地位，但它的物理極限已接近尾聲。為了更有效地為電網(wǎng)，機(jī)車甚至電動汽車供電，勞倫斯·利弗莫爾國家實(shí)驗(yàn)室(LLNL)的科學(xué)家正在將鉆石作為超寬帶隙半導(dǎo)體。

金剛石被證明具有優(yōu)異的載流子遷移率，擊穿電場和導(dǎo)熱率，這是電力電子設(shè)備最重要的特性。在開發(fā)用于生長高質(zhì)量單晶的化學(xué)氣相沉積(CVD)工藝之后，這尤其令人期望。

研究小組探索了這種人造鉆石的性能，這些鉆石的質(zhì)量要高于天然鉆石。“在電子領(lǐng)域，你可以把它壓成具有所需性能的器件純物質(zhì)開始，” LLNL的物理學(xué)家Paulius Grivickas說，應(yīng)用物理快報(bào)主要論文作者。

在光電導(dǎo)器件中，電導(dǎo)率和頻率響應(yīng)的最佳組合是通過引入雜質(zhì)來控制載流子復(fù)合壽命的。研究人員發(fā)現(xiàn)，在鉆石中，電子輻照是一種廉價(jià)且簡便的替代方法，通過輻照將晶格原子撞掉而產(chǎn)生復(fù)合缺陷的。

我們對自己說，“讓我們把這種高質(zhì)量的CVD金剛石純凈并進(jìn)行輻照，看看我們是否可以調(diào)整載體壽命。最終，我們確定了哪種輻射缺陷決定了載流子的壽命，以及該缺陷在技術(shù)相關(guān)溫度下的退火狀態(tài)下的表現(xiàn)如何。”Grivackas說。

以此方式生產(chǎn)的光電導(dǎo)金剛石開關(guān)可用于例如電網(wǎng)中，以控制電流和電壓浪涌，從而使設(shè)備無法正常工作。Grivickas說，當(dāng)前的硅開關(guān)體積大而笨重，但是基于鉆石的開關(guān)可以用一個(gè)可以放在指尖上的設(shè)備完成同樣的事情。

該研究還應(yīng)用于能量輸送系統(tǒng)，該團(tuán)隊(duì)證明了兆瓦級射頻功率產(chǎn)生的可能性，這需要優(yōu)化鉆石的高頻響應(yīng)。Livermore的工程師Lars Voss和Adam Conway以及立陶宛維爾紐斯大學(xué)，白俄羅斯國立大學(xué)和白俄羅斯國家科學(xué)院的研究人員進(jìn)行了這項(xiàng)工作。

該研究由LLNL的實(shí)驗(yàn)室指導(dǎo)研究與開發(fā)計(jì)劃資助。

文章來源：利用電子輻照方法使鉆石作為半導(dǎo)體用于電網(wǎng)等領(lǐng)域

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