Что касается полупроводниковой промышленности, кремний царствовал как король в области электроники, но он подходит к концу своих физических свойств.
Чтобы эффективнее питать электрическую сеть, локомотивы и даже электромобили, ученые Национальной лаборатории Лоуренса Ливермора (LLNL) обращаются к алмазу как надширокозонного полупроводника.
Было показано, что алмаз имеет прекрасную мобильность носителя, разбивает электрическое поле и теплопроводность, что является важнейшими свойствами для работы электронных устройств. Это стало особенно желанным после разработки процесса химического осаждения из паров (ХВЗ) для роста высококачественных монокристаллов.
Команда исследовала свойства таких синтетически изготовленных алмазов, которые выше качество природных. “В электронике вы хотите начинать с максимально чистого материала, чтобы вы могли формировать его в устройство с желаемыми свойствами”, – сказал физик LLNL Паулиус Гривикас, ведущий автор статьи, выходит в “приложений физике”.
В фотопроводящих устройствах наилучшее сочетание проводимости и частотной характеристики достигается введением примесей, которые контролируют продолжительность жизни рекомбинации носителя. Исследователи обнаружили, что в алмазах дешевой и простой альтернативой этому подходу является электронное облучение, где дефекты рекомбинации создаются, выбивая атомы решетки с места.
“Мы сказали себе,” давайте возьмем этот высококачественный алмаз CVD и озарит его, чтобы увидеть, сможем ли мы адаптировать срок службы перевозчика “, – сказал Гривакас.” В конце концов, мы закрепили понимание того, дефект облучения отвечает за срок службы носителя и как ведет себя дефект при отжиге при технологически соответствующих температурах “.
Фотопроводящие алмазные переключатели, изготовленные таким образом, могут использоваться, например, в электросети для контроля скачков тока и напряжения, которые могут висмажиты оборудования. Текущие кремниевые переключатели большие и громоздкие, но алмазные на основе того же могут выполнить то же с помощью устройства, которое мог бы поместиться на кончике пальца, сказал Гривикас.
Исследование также применения в системах энергоснабжения, где команда продемонстрировала возможность генерирования радиочастотной энергии класса мегаватт, что требует оптимизации высокочастотной характеристики алмаза.
В этой работе сотрудничали инженеры из Ливермора Ларс Восс и Адам Конвей, а также исследователи из Вильнюсского университета в Литве, Белорусского государственного университета и Национальной академии наук в Беларуси.
Исследование финансировалось программой исследований и разработок лабораторий LLNL.