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利用电子辐照方法使钻石作为半导体用于电网等领域

电子辐照 辐照晶体
发布:2020-12-23 10:44:43    

由合成化学气相沉积金刚石制成的光电导开关正在测试中

谈到半导体行业,硅在电子领域占据了主导地位,但它的物理极限已接近尾声。为了更有效地为电网,机车甚至电动汽车供电,劳伦斯·利弗莫尔国家实验室(LLNL)的科学家正在将钻石作为超宽带隙半导体。

金刚石被证明具有优异的载流子迁移率,击穿电场和导热率,这是电力电子设备最重要的特性。在开发用于生长高质量单晶的化学气相沉积(CVD)工艺之后,这尤其令人期望。

研究小组探索了这种人造钻石的性能,这些钻石的质量要高于天然钻石。“在电子领域,你可以把它压成具有所需性能的器件纯物质开始,” LLNL的物理学家Paulius Grivickas说,应用物理快报主要论文作者。

在光电导器件中,电导率和频率响应的最佳组合是通过引入杂质来控制载流子复合寿命的。研究人员发现,在钻石中,电子辐照是一种廉价且简便的替代方法,通过辐照将晶格原子撞掉而产生复合缺陷的。

我们对自己说,“让我们把这种高质量的CVD金刚石纯净并进行辐照,看看我们是否可以调整载体寿命。最终,我们确定了哪种辐射缺陷决定了载流子的寿命,以及该缺陷在技术相关温度下的退火状态下的表现如何。”Grivackas说。

以此方式生产的光电导金刚石开关可用于例如电网中,以控制电流和电压浪涌,从而使设备无法正常工作。Grivickas说,当前的硅开关体积大而笨重,但是基于钻石的开关可以用一个可以放在指尖上的设备完成同样的事情。

该研究还应用于能量输送系统,该团队证明了兆瓦级射频功率产生的可能性,这需要优化钻石的高频响应。Livermore的工程师Lars Voss和Adam Conway以及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这项工作。

该研究由LLNL的实验室指导研究与开发计划资助。

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