@ 2016.05.27 , 16:04
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人工合成单晶钻石取得新突破

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钻石,除了是女人的最爱,还是一种理想的半导体。这个发现对电子元件来说是个好新闻。人们为了制作电子元件,一直以来都在追求更加高效的半导体。

对电子元件的需求看起来永远不会停止。几乎所有的电器和电子设备都需要一整套的电子元件来控制电流。现在,研究者在合成单晶钻石的路上迈进了一大步。这对制造电子设备来说相当重要。

Wisconsin-Madison大学,电子计算机工程专业的教授--马争强(Zhengqiang Ma)表示: “我们需要各种设备来以我们希望的方式控制电流。” 他和他的同事在Journal of Applied Physics杂志上公布了他们的新方法。

在电子电力学领域,钻石算得上是完美材料。钻石是一种热导体,这意味着钻石可以在短时间内把热量散发出去,因此也就不需要庞大且昂贵的散热措施了。钻石还可以承受很高的电压电流。电子流过钻石的速度也很快,这提高了电子元件的能效。

然而,对于制造基于钻石的电子设备来说,参杂依然是个挑战。参杂是半导体制造工艺中,为纯的本征半导体引入杂质,使之电气属性被改变的过程。钻石的晶体结构太稳定了,这使得参杂变得极为困难。

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目前,为了给钻石参杂,人们需要给钻石晶体包上一层硼,同时将其加热至1450摄氏度。但是,参杂结束后,人们没法移除包裹在外的硼。而且,这个方法只适用于多晶钻石,因为多个晶体间存在着不规则的间隙。单晶钻石可没有这些间隙。

为了给单晶钻石参杂,人们还可以在人工合成钻石的过程中,直接注入硼原子。这么做的话需要高功率的微波,可是高功率微波会降低钻石的质量。

现在,马教授和他的同事已经找到了给单晶钻石参杂硼的办法。他们不需要高温,也不会降低钻石的质量。研究者们发现,先把单晶钻石固定在一块已经参杂了硼的硅之上,然后把他们加热到800摄氏度(这对现在的技术来说并不算高温)。硼原子会自己从硅晶体中转移到钻石中。研究显示,参了硼的硅晶体中存在某种缺陷,在某些节点上缺失硅原子。所以,钻石中的碳原子会填补这些缺失的位置,这样单晶钻石中就有了位置留给硼原子。

这个技术支持选择性参杂,这意味着更灵活的设备制造方式。你只需要在你想要参杂的位置放上参硼硅就好了。

可是这种方法只能用于P型参杂。P型参杂给半导体增加了正电子空穴。

“我们认为我们已经找到了简单、便宜、高效的方法来制作钻石基的元件。”马教授说到。研究小组已经在制备单晶钻石的半导体了。

但是,想要制作完整的电子设备,还需要N型参杂的半导体。马教授坚称P型参杂的成功对其他的挑战具有启发意义。最终,单晶钻石将成为完美的半导体材料。

本文译自 phys.org,由译者 hongye 基于创作共用协议(BY-NC)发布。


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TOTAL COMMENTS: 38+1

  1. 3152678

    似乎看懂了,又似乎没有看懂

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  2. 3152679

    似乎看懂了,又似乎没有看懂

  3. 面团一
    @1 year ago
    3152680

    钻石确实是会贬值的。

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  4. 3152686

    买钻石不如买红蓝绿宝石保值

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  5. alessio
    @1 year ago
    3152687

    想想以前手贱拆壳加硅脂不小心报销掉的cpu,弄不好以后就变成一个单人就能制作潮牌首饰的好手艺呢

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  6. 煎蛋壳
    @1 year ago
    3152690

    “昨天买了一个2克拉的CPU”

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  7. 3152693

    这篇的意义不是应该是电脑性能的提升吗

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  8. 3152694

    不是说其实钻石本身并不贵, 只是被炒作起来的吗

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  9. 3152695

    明明说的是掺杂技术……哪里说生长了

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  10. 文奇
    @1 year ago
    3152701

    “你这戒指钻石是人造的还是天然的啊?”
    “哎呦,瞧您说哒,您看着泛黄的色泽,里面的杂质,还有个天然的裂纹,一看就是天然的东西,人造的钻石哪有这范儿啊”

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  11. 3152710

    单钻石切个马桶应该不会粘屎了吧~

  12. 3152711

    那是不是说钻石要贬值了

  13. 3152716

    懂了。最近正好在看碳化硅的东西,坐隔壁桌的就在搞钻石。。。

  14. 3152745

    以后就是钻石cpu了

  15. 哎呦哇啦
    @1 year ago
    3152758

    还是买不起咯

  16. 今天疯
    @1 year ago
    3152761

    @面团一: 不是贬值那么简单,记得看过一篇文章说钻石代表爱情也只是二十世纪初一个囤积钻石的公司炒作出来的,实际钻石产量远高于钻戒的消耗,而工业用的大部分对纯度要求不高。也就是说没什么贬值不贬值,纯粹就是泡沫。

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  17. alessio
    @1 year ago
    3152763

    嗯,钻石实际上并不值钱,只是戴比尔斯的老板罗德斯家族连同比利时跟南非几个大亨垄断,加上普天遍地的钻石等同于美满婚姻的洗脑文案广告,才有这番效果,莆田系跟百度的勾当其实珠宝界已经玩了一百多年了,实际上普通白钻的蕴藏量跟产量足够全球大部分人佩戴,彩钻倒是确实珍稀,所以经常拍卖出天价,你见哪个大亨买过白钻吗?如果一直垄断控制产量倒好,偏偏苏联跟俄罗斯在远东发现不亚于非洲的巨型钻石矿,不受约束,有这个搅屎棍在,普通钻石根本没有投资价值,不到两克拉的小奶钻甚至没法按市场价值变现,只能大跳水七八折还直营店,玩珠宝玩出油的人,比如印度人,比如广东上海大妈,都只买黄金跟红宝石绿宝石蓝宝石,钻石简直敬而远之

    [38] XX [3] 回复 [0]
  18. 3152779

    @哎呦哇啦: 某宝上有很多工业金刚石, 也有纯度比较高的, 超级便宜, 贵一点的也才几百, 纯度一般的一颗也就几毛钱

  19. 三胖
    @1 year ago
    3152784

    钻石商人是不会让科学家的阴谋得逞的,哈哈哈哈

  20. 二是我二
    @1 year ago
    3152806

    GIA表示没有我们的认证都不值钱的

  21. 无力回天
    @1 year ago
    3152818

    实验派比理论派实在

  22. 吃完饭去拉
    @1 year ago
    3152831

    文中指得应该是吉林大学马琰铭教授吧,在高压科学领域的大神级人物。

  23. 没错就是我
    @1 year ago
    3152838

    @吃完饭去拉: 不是,是Zhengqiang (Jack) Ma, an electrical and computer engineering professor at the University of Wisconsin-Madison

  24. hongye
    @1 year ago
    3152850

    @吃完饭去拉:
    看起来是威斯康星大学的啊。。。

  25. 风来疯满楼
    @1 year ago
    3152904

    图二的si B场面很完美啊

  26. bwv147
    @1 year ago
    3152934

    那么和单晶铜比起来那个更适合做耳机线

  27. 格威特问题
    @1 year ago
    3152962

    价格是女人唯一看得懂的和钻石有关的参数

  28. 神响
    @1 year ago
    3153010

    普大帝:MDZZ!

    (俄罗斯钻石产量和储量巨大,为了稳定市场限制出口量)

  29. 3153045

    自然钻石已经全然没有存在价值了

  30. 3153070

    自娱自乐,连graphene都不如

  31. 3153094

    我记得有布什么石,切割好了之后,观感与钻石几乎没差,

  32. thornssc
    @1 year ago
    3153113

    恩 传统定向扩散方法。(diffusion) 不过怎么解决 B原子在金刚石单晶表面扩散浓度梯度和深度问题。 如果为了做器件, 扩散深度是个大问题。不过很好奇他们怎么bonding Si和金刚石的。

  33. 3153196

    @编辑
    Journal of Applied Physics请把名字打全

  34. zzjeff
    @1 year ago
    3153197

    谢谢!已更正

  35. 面瘫叔
    @1 year ago
    3153230

    竟然没几个人吐槽标题,这篇文章是说发现制造单晶钻石电子器件更好的方法,不是做钻石!

  36. 淘宝女装店主
    @1 year ago
    3153250

    看来东西是否稀有值钱,还是要从原子层面分析

  37. gu4099
    @1 year ago
    3153408

    IIb型钻半导体赛高!

  38. armadillo
    @1 year ago
    3165162

    那叫“掺(chan)杂”,不叫参杂。

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