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半导体应用技术再获突破:LLNL成功开发光电导金刚石开关器件
2020年12月31日 发布 分类:技术前沿 点击量:269
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12月14日,应用物理快报(Applied Physics Letters)发表了一篇来自劳伦斯利弗莫尔国家实验室(Lawrence Livermore National LaboratoryLLNL)的科研成果,科学家将金刚石作为超宽禁带半导体材料,成功开发出可服务于电网的光电导金刚石器件。https://doi.org/10.1063/5.0028363

金刚石

人造化学气相沉积金刚石制备的光电导开关(来源:LLNL)

当代半导体工业,硅材料由于物理极限的缘故正在被众多新兴半导体挑战,金刚石就是其中之一。LLNL的科学家认为金刚石可以更有效地为电网、机车甚至电动车供电。金刚石具有优越的载流子迁移率、击穿电场和导热系数,这都是电力电子器件的重要性能。随着化学气相沉积(CVD)技术的发展,高质量的单晶金刚石带给人们更多期待。

本次研究小组探索了这种比天然钻石质量更高的人造钻石的特性。“在电子学领域,你希望从尽可能纯的材料开始,这样你就可以把它塑造成具有所需特性的器件,”LLNL的物理学家Paulius Grivickas说,他也是这篇论文的主要作者。在光电导器件中,通过引入控制载流子复合寿命的杂质,实现了电导和频率响应的最佳结合。研究人员发现,在金刚石中,一种廉价而简单的替代方法是电子辐照,这种方法通过将晶格原子敲离原位而产生复合缺陷。

用这种方法生产的光导金刚石开关,可以用于控制电网中的电流和电压浪涌,以避免烧毁设备。Grivickas说,目前的硅开关又大又笨重,但基于钻石的开关可以用一个指甲盖那么大的装置完成同样的任务。这项研究还应用在能量输送系统中,研究小组证明了兆瓦级射频发电的可能性,这需要优化钻石的高频响应。

这项LLNL牵头的研究还与立陶宛维尔纽斯大学、白俄罗斯国立大学和白俄罗斯国家科学院的研究人员进行了合作。

编译 YUXI


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