Diamantbaserede kredsløb kan tage varmen til avancerede applikationer

Når elproducenter som vindmøller og solpaneler overfører elektricitet til hjem, virksomheder og elnettet, de mister næsten 10 procent af den producerede effekt. For at løse dette problem, forskere forsker i nye diamant halvlederkredsløb for at gøre strømkonvertering systemer mere effektive.

Et team af forskere fra Japan fremstillede med succes et nøglekredsløb i strømkonverteringssystemer ved hjælp af hydrogeneret diamant (H-diamant.) Desuden, de demonstrerede, at det fungerer ved temperaturer helt op til 300 grader Celsius. Disse kredsløb kan bruges i diamantbaserede elektroniske enheder, der er mindre, lettere og mere effektivt end siliciumbaserede enheder. Forskerne rapporterer deres resultater i denne uge i Anvendt fysik bogstaver .

Siliciums materialegenskaber gør det til et dårligt valg for kredsløb med høj effekt, høj temperatur og højfrekvente elektroniske enheder. "For generatorerne med høj effekt, diamant er mere velegnet til fremstilling af strømomdannelsessystemer med en lille størrelse og lavt effekttab, "sagde Jiangwei Liu, en forsker ved Japans National Institute for Materials Science og en medforfatter på papiret.

I den aktuelle undersøgelse, forskere testede et H-diamant NOR-logikkredsløbs stabilitet ved høje temperaturer. Denne type kredsløb, bruges i computere, giver kun et output, når begge input er nul. Kredsløbet bestod af to metaloxid-halvlederfelt-effekt-transistorer (MOSFET'er), der bruges i mange elektroniske enheder, og i digitale integrerede kredsløb, som mikroprocessorer. I 2013, Liu og hans kolleger var de første til at rapportere om fremstilling af en E-mode H-diamant MOSFET.

Da forskerne opvarmede kredsløbet til 300 grader Celsius, det fungerede korrekt, men mislykkedes ved 400 grader. De formoder, at den højere temperatur fik MOSFET'erne til at bryde sammen. Højere temperaturer kan dog opnås, som en anden gruppe rapporterede succesfuld drift af en lignende H-diamant MOSFET ved 400 grader Celsius. Til sammenligning, den maksimale driftstemperatur for siliciumbaserede elektroniske enheder er omkring 150 grader.

I fremtiden, forskerne planlægger at forbedre kredsløbets stabilitet ved høje temperaturer ved at ændre oxidisolatorerne og ændre fremstillingsprocessen. De håber at konstruere H-diamant MOSFET logikkredsløb, der kan fungere over 500 grader Celsius og ved 2,0 kilovolt.

"Diamond er et af kandidatens halvledermaterialer til næste generations elektronik, specifikt til forbedring af energibesparelser, "sagde Yasuo Koide, en direktør ved National Institute for Materials Science og medforfatter på papiret. "Selvfølgelig, for at opnå industrialisering, Det er vigtigt at udvikle tommer i single-crystal diamantskiver og andre diamantbaserede integrerede kredsløb. "