钻石或成为理想半导体材料

 中国电子报、电子信息产业网  作者:
发布时间:2016-06-02
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  最新研究发现,钻石不仅是‘女孩子最好的朋友’,也具备了成为半导体理想材料的特性。这对于电子行业来说无疑是好消息,因为半导体对于电源传输与转换的效率要求越来越高。

  电子行业总处于“饥渴”状态,需要越来越多的电源供电,而且几乎每一台家电或者其他电子设备都会有一套电源模块来传输、转换和控制电源。现在研究者们在单晶钻石掺杂方面取得重要进展,这是使钻石成为制造电子器件材料的关键一步。

  “我们要让设备按我们的需求来处理电源。“威斯康星大学麦迪逊分校(Univerity of Wisconsin-Madison)电子与计算机工程教授马正强(音)说道。马教授和他的同事们将钻石掺杂的新方法发表在美国物理学会出版的《应用物理》期刊上。

  钻石可能是功率器件最理想的材料。钻石导热性很好,因此钻石材料制造的器件散热性会非常好。为了散热,传统功率器件通常需要加装又大又贵的散热器(例如散热片或者风扇),使用钻石材料将降低功率器件的散热成本。钻石材料也特别适用于高压高功率应用,电流在钻石材料中传输更快,因此使用钻石材料的器件能源效率会更高。

  

钻石或成为理想半导体材料

  不过利用钻石来制造半导体的最大难题在于掺杂,因为钻石的晶体结构很规整,所以掺杂非常困难。

  可以通过加硼(boron)涂层的方式,把钻石加热到1450℃来进行掺杂。不过这种方法的缺点是掺杂完以后硼涂层很难去除。而且这种方法只适合多晶钻石,但多晶钻石各晶体之间呈现不规则状态,在性能上不如单晶钻石。

  传统单晶钻石掺杂的方法是在人工生长晶体时注入硼原子,这种方法需要采用强力微波来注入硼原子,所以会降低晶体的质量。

  马教授和他同事们发现的掺杂单晶钻石的方法,可以在相对较低的温度下完成,并且不会降低晶体的质量。他们发现如果把一个单晶钻石与掺杂了硼材料的半导体硅片绑定在一起,然后加热到800℃,硼原子会从半导体迁移到钻石中去。最后,由于硼原子跑到了钻石中,半导体硅片出现了空穴,而钻石中的碳原子会填充这些空穴。

  该技术可实现选择性掺杂,这就意味着在制造器件时可以有更多的控制,想要掺杂哪个区域,只要在掺杂时把单晶钻石固定到对应的区域即可。

  不过这种新方法现在只适合P型掺杂,”我们觉得我们找到一种既容易又便宜,而且很有效的方法来进行钻石掺杂。“马教授说道,他们已经开始利用单晶钻石掺杂P型半导体来制造一个简单的器件。

  但是要制造晶体管这种电子器件,还需要能够实现N型掺杂。此外,单晶钻石掺杂还有一些其他的瓶颈,例如钻石很贵,单晶钻石尺寸又太小。

  不过马教授仍然认为P型掺杂的成功是很重要的一步,也许会激发别的研究者来解决单晶钻石掺杂的其余挑战。最后,马教授表示,单晶钻石是包括发电企业输电在内的所有功率应用的完美选择。


来源:eefocus            责任编辑:刘静
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