美国将钻石用作超宽带隙半导体可高效为电网、电动汽车等供电

文/张 菁

在半导体行业，硅一直是电子设备领域的王者，但是已经达到了物理限制。据外媒报道，为了更高效地为电网、机车以及电动汽车供电，美国劳伦斯利佛莫尔国家实验室（Lawrence Livermore National Laboratory，LLNL）的科学家开始转而使用钻石，作为超宽带隙半导体。

现在已经证明钻石具有优越的载流子迁移率、电场击穿率以及热导电率，而此类特征对于为电子设备供电而言，是至关重要的特征，特别是为了生长高品质单晶体，科学家们研发了化学气相沉积（CVD）工艺，也导致钻石变得更加适合用于为电子设备供电。

该研究团队研究了合成钻石的特性，此类钻石比自然生成的钻石质量更高。LLNL物理学家Paulius Grivickas表示：“在电子设备领域，需要尽可能从纯材料开始，这样才能将纯材料塑造成具备所需特性，以应用到设备中。”

在光导设备中，通过引入可控制载流子复合寿命的杂质，可以实现电导率与频率响应的最佳组合。研究人员发现，在钻石中，可以找到一种便宜且简单的方法替代上述方法，即电子辐照法，可以通过破坏晶格原子的位置打造复合缺陷。

Grivackas表示：“我们照射该颗高质量的纯CVD钻石，以确定是否能够定制载流子的寿命。最终，我们确定了哪种辐照缺陷会影响载流子的寿命以及在相关技术温度下退火时，该缺陷会如何表现。”

研究人员表示，以此种方式打造的光导钻石开关可用于电网，以控制电流和电压浪涌，因为此种现象可能会烧坏设备。目前的硅制开关尺寸很大且很笨重，但是由钻石制成的开关却只有指尖大小，但是能够与硅制开关做一样的工作。该项研究也表明，此类钻石开关可用于能源输送系统，该团队展示了其能够实现兆瓦级的射频发电装置，只是需要优化钻石的高频率响应能力。