Diamanter er ikke længere kun til smykker

Når det kommer til halvlederindustrien, silicium har regeret som konge på elektronikområdet, men det nærmer sig slutningen af ​​sine fysiske grænser.

For mere effektivt at drive elnettet, lokomotiver og endda elbiler, Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) videnskabsmænd vender sig til diamant som en ultrabred båndgap halvleder.

Diamant har vist sig at have overlegen mobilitet, nedbryde elektrisk felt og varmeledningsevne, de vigtigste egenskaber til at drive elektroniske enheder. Det blev især ønskeligt efter udviklingen af ​​en kemisk dampaflejringsproces (CVD) til vækst af enkeltkrystaller af høj kvalitet.

Holdet undersøgte egenskaberne ved sådanne syntetisk fremstillede diamanter, der er af højere kvalitet end naturligt forekommende. "Inden for elektronik vil du starte fra så rent materiale som muligt, så du kan støbe det til en enhed med ønskede egenskaber, " sagde LLNL fysiker Paulius Grivickas, hovedforfatter på et papir, der optræder i Anvendt fysik bogstaver .

I fotoledende enheder, den bedste kombination af ledningsevne og frekvensrespons opnås ved at indføre urenheder, som styrer bærerekombinationslevetider. Forskere fandt ud af, at i diamant, et billigt og nemt alternativ til denne tilgang er elektronbestråling, hvor rekombinationsdefekter skabes ved at slå gitteratomerne ud af deres plads.

"Vi sagde til os selv 'lad os tage denne rene CVD-diamant af høj kvalitet og bestråle den for at se, om vi kan skræddersy bærerens levetid, "" sagde Grivackas. "Til sidst, vi fik en forståelse af, hvilken bestrålingsdefekt der er ansvarlig for bærerens levetid, og hvordan defekten opfører sig under udglødning ved teknologisk relevante temperaturer."

Fotokonduktive diamantkontakter fremstillet på denne måde kan bruges, for eksempel, i elnettet for at kontrollere strøm- og spændingsstigninger, som kan stege udstyret ud. De nuværende siliciumkontakter er store og omfangsrige, men de diamantbaserede kan opnå det samme med en enhed, der kunne passe på spidsen af ​​en finger, sagde Grivickas.

Forskningen har også applikationer i energiforsyningssystemerne, hvor holdet demonstrerede en mulighed for en megawatt-klasse radiofrekvensenergiproduktion, hvilket kræver optimering af diamants højfrekvensrespons.